Verbesserung der Verarbeitungseigenschaften von Bastfasergarnen durch Beigabe einer Chemiefaserkomponente

46 Pages·1963·1.333 MB·German

by  Dipl.-Ing. Rudolf Otto, Dipl.-Ing. Waldemar Rohs (auth.)

FORSCHUNGSBERICHTE DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN
Nr.1240
Herausgegeben
im Auftrage des Ministerpräsidenten Dr. Franz Meyers
von Staatssekretär Professor Dr. h. c. Dr. E. h. Leo Brandt
Dipl.-Ing. Rudolf Otto
Dipl.-Ing. Waldemar Rohs
Technisch-Wissenschaftliches Büro für die Bastfaserindustrie Bielefeld
Verbesserung der Verarbeitungseigenschaften
von Bastfasergarnen durch Beigabe
einer Chemiefaserkomponente
Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
ISBN 978-3-663-06593-7 ISBN 978-3-663-07506-6 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-07506-6
Verlags-Nr.011240
© 1963 b y Springer Fachmedien Wiesbaden
Ursprünglich erschienenbei W estdeu tschcr Verlag, Köln und Opladen 1963.
Inhalt
1. Einleitung und Aufgabenstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2. Fasermischungen in Garnen und Zwirnen.......................... 8
3. Versuchsdurchführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.1 Versuchsmaschine ........................................... 10
3.2 Versuchsmaterial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.21 Flachs- und Flachswergfasern ................................ 12
3.22 Synthetische Fasern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.3 Spinnversuche 13
4. Versuchsergebnis ............................................... 15
4.1 Zulaufspannung des Diolenfadens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
4.2 Abhängigkeit von der Garndrehung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
4.3 Abhängigkeit von der Höhe des Diolenanteils .................. 17
4.4 Dauerspinnversuch ......................................... 20
4.5 Beurteilung des Arbeitsvermögens und der elastischen Eigenschaften
von Normal- und Kerngarnen ................................ 21
4.6 Überblick über die Versuchsergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 31
5. Zusammenfassung............................................... 33
Literaturverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 35
5
1. Einleitung und Aufgabenstellung
Die Güte eines Garns in bezug auf das Verhalten bei der Weiterverarbeitung wird
nach seinem »Arbeitsvermögen« beurteilt. Das Arbeitsvermögen wird durch
das bei der Festigkeitsprüfung erfaßte Kraft-Längenänderungs-Diagramm (Kraft
Dehnungs-Diagramm) dargestellt. Im KL\.L-Diagramm sind die Garndehnungs
werte bis zur Reißdehnung in Abszissenrichtung, die zugehörigen Kräfte bis
zur Reiß kraft in Ordinatenrichtung festgehalten. Bastfasergarne haben trotz
ihrer hohen Reißfestigkeit ein beschränktes Arbeitsvermögen, das auf die ge
ringe Dehnung ihrer glatten Fasern zurückzuführen ist.
Der bisher vorliegenden Fachliteraturl ist zu entnehmen, daß durch Zusatz
anderer Spinnstoffe eine Steigerung der Dehnung von Bastfasergarnen bei üb
licher Mischungstechnik erst mit verhältnismäßig hohen Beimischungsanteilen
erreicht werden kann, wobei eine erhebliche Verminderung der Reiß kraft in
Kauf genommen werden muß, so daß im gesamten das Arbeitsvermögen (Reiß
arbeit; KL\.L-Diagramm) kaum eine Verbesserung erfährt. Zudem geht mit
zunehmendem Prozentsatz der Beimischung der Charakter der Bastfasergarne
mehr und mehr verloren.
Aus dem Aufbau eines gesponnenen Garns ergibt sich, daß eine angreifende
Zugkraft zuerst von jenen Fasern aufgenommen wird, die mehr oder weniger
gestreckt in den Innenlagen des Gespinstes eingebettet sind, während die Fasern
der äußeren Lagen infolge ihrer Anordnung als Raumspiralen zunächst die Mög
lichkeit eines elastischen Nachgebens haben. Der Bruch eines Garns erfolgt somit
vom Kern aus. Gelingt es, statt der üblichen zufälligen Verteilung der Mischungs
komponenten über den gesamten Querschnitt des Garns eine ausgerichtete
Verteilung derart zu erzielen, daß die dehnbaren Fasern in die Seele des Garns
gelangen und von den anderen weniger dehnbaren schlauchartig umhüllt werden,
dann müßten derartig hergestellte Mischgespinste eine erhöhte Dehnbarkeit und
bei zweckentsprechend gewählter Zusatzkomponente eine nur in Grenzen blei
bende, jedenfalls aber die angestrebte Erhöhung des Arbeitsvermögens nicht
ausschlaggebend beeinflussende Minderung der Reißkraft aufweisen.
Ein nach diesen Ausführungen unter provisorischen Bedingungen durch
geführter Versuch konnte diese Annahme für Bastfasergarne bestätigen. Um
die Verhältnisse an naßgesponnenem Flachs- und Flachswerggarn eingehend
studieren zu können und die günstigsten Fasermischungen und Maschinen
einstellungen zu ermitteln, wurde mit Unterstützung des Landesamtes für For
schung des Landes Nordrhein-Westfalen eine Untersuchungsarbeit durchgeführt,
über deren Ergebnisse im folgenden berichtet wird.
1 Siehe Literaturverzeichnis.
7
2. Fasermischungen in Garnen und Zwirnen
Für die Ausnutzung verschiedener J:asereigenschaften im Endprodukt können
im wesentlichen zwei Verfahren angewandt werden:
1. Zusammenführung der Mischungskomponenten in ausgerichteter und ge
bündelter Form bei Verwendung von Garnen und Endlosfäden, wie dies
beim Zwirnen geschieht.
2. Mischung der Fasern vor oder innerhalb der Spinnereivorbereitung, wobei
eine Zufallsverteilung der Fasern angestrebt wird.
Die unter 1. genannte Mischung wird z. B. bei Faser- und Drahtseilen durch
Einlage einer weichen Seele angewandt, die die Biegsamkeit und Elastizität
erhöht [1]. Auch Effektzwirne sind Fasermischungen, bei denen die Eigenschaften
unterschiedlicher Rohstoffe mechanisch und optisch ausgenutzt werden. In die
gleiche Kategorie sind auch umsponnene Gummifäden einzubeziehen, bei denen
um einen Gummikern Garne in gleichlaufender oder sich kreuzender Richtung
gelegt werden.
In die 2. Gruppe fallen diejenigen Mischgespinste, bei denen eine Verspinnung
der Komponenten gemeinsam im gleichen Arbeitsgang erfolgt. Hierbei wird das
Mischen der Rohstoffe entweder vor der Verarbeitung vorgenommen oder durch
Einführung von Bändern aus verschiedenen Faserstoffen bei einer Streckpassage
erreicht. Die Intensität der Durchmischung derartiger Materialkombinationen
ist abhängig vom angewandten Mischverfahren oder - was gleichbedeutend ist -
von der erreichten Zahl der Dopplungen.
Bekannt ist die Mischverspinnung von Baumwolle mit weitgehend aufgeschlosse
ner (kotonisierter) Bastfaser (Flockenbast) [2]. In den meisten Fällen handelt es
sich, wenn diese Kombination praktiziert wurde, um ein durch Rohstoffmangel
innerhalb der Kurzfaserspinnerei bedingtes Ausweichen.
Die Mischverspinnung von Flachs mit Zellwolle geeigneter Stapellänge und
Feinheit auf Flachs- oder Flachswergsystemen ist ebenfalls eine Entwicklung, die
ursprünglich aus der kriegsbedingten Notlage in der Rohstoffversorgung ent
stand. Später wurde diese Art der Mischverspinnung mit variablen Anteilen und
ihre Erzeugnisse in einer umfassenden, systematisch durchgeführten Arbeit
untersucht [4].
Die Verspinnung von Flachs mit vollsynthetischen Fasern ist in Nord-Irland
aufgegriffen worden [5,6, 7] und erhielt in einer umfangreichen deutschen Arbeit
eine eingehende Überprüfung [8].
Die Reißkraft der Mischgarne geht, verglichen mit dem reinen Leinengarn,
zunächst zurück, erreicht bei einem bestimmten Mischungsverhältnis ein Mini
mum und steigt anschließend wieder an.
8
Die Reiß dehnung nimmt mit ansteigendem Anteil an geschaffener Faser stetig zu.
Diese Veränderungen gehen derart vonstatten, daß das Arbeitsvermögen
(Reißarbeit) anfänglich eine Abnahme, dann wieder einen Anstieg erfährt. Die
Verhältnisse bzw. die Lage der Umkehrpunkte und die Höhe der erreichten
Werte werden bestimmt durch die Eigenschaften der bei den Mischungskompo
nenten. Daraus ergibt sich, daß eine Verbesserung der Garnverarbeitungseigen
schaften erst bei Mischungen mit einem hohen Prozentsatz an Chemiefasern eintritt,
bei der der Charakter des Leinengarns bereits weitgehend verloren gegangen ist.
Die Verwendung derartiger Mischgespinste mit hohem Polyesteranteil liegt
hauptsächlich auf dem Sektor der Oberbekleidung, wobei die synthetischen Fasern
die bekannten günstigen Trageeigenschaften, wie Scheuerfestigkeit, Knitter
festigkeit und Plissierfähigkeit usw., bestimmen, während das Leinen den Zweck
hat, durch sein hygroskopisches Verhalten die bei reinem Polyester unangeneh
men Auswirkungen der mangelnden Feuchtigkeitsaufnahme und der elektro
statischen Aufladung der Gewebe zu vermeiden.
Für die Herstellung von Mischgarnen kann ein weiteres Verfahren angewandt
werden, das als Kombination der unter 1. und 2. genannten anzusprechen ist.
Es handelt sich um die eingangs erwähnte Technik des Kernspinnens, bei der
um den aus einer Faserart bestehenden Kern eine Lage von anderen Fasern
gesponnen wird, die so dicht ist, daß der in der Seele liegende Mischungsanteil
nicht sichtbar wird und auch in den Oberflächeneigenschaften der Garne nicht in
Erscheinung tritt [9]. Solche Mischgarne werden z. B. aus vollsynthetischen
Fasern im Kern mit Baumwollumspinnung hergestellt, um die guten mechani
schen Eigenschaften der ersteren auszunutzen und trotzdem die fertigen Gewebe
nach gängigen Verfahren ausrüsten, beschichten und färben zu können, was
infolge der hierfür ungünstigen Oberflächeneigenschaften der geschaffenen
Fasern sonst nicht ohne weiteres möglich ist [10, 11, 12].
Die genannte Literatur behandelt auch die Möglichkeit einer Erhöhung der
Garndehnung durch Verwendung hochelastischer Kernfäden. In der von uns
durchgeführten Forschungsarbeit wurde diese Möglichkeit zur Verbesserung
des Arbeitsvermögens von Flachs- oder Flachswerggarn durch mengen mäßig
geringen Zusatz von Synthetic-Endlosfasern als Seele mit dem Ziel erprobt, die
Verarbeitungsfähigkeit der Bastfasergarne zu verbessern und dennoch ihren
Charakter zu erhalten.
Die Vorteile der Verwendung derartiger Garne mit erhöhter Dehnung, d. h.
gesteigertem Arbeitsvermögen in der Weberei, liegen im Vergleich mit den wenig
dehnungsfähigen Leinengarnen klar auf der Hand und lassen eine entsprechende
Herabsetzung der Kettfadenbruchhäufigkeit erwarten. Die mangelnde Dehnung
hat die Verarbeitung von Leinengarnen zu Maschenwaren in der Strickerei und
Wirkerei bisher auf wenig bedeutende Sonderanfertigungen beschränkt. Ein
Angleichen der Dehnung an die der Baumwollgarne würde ein Absatzgebiet
für Leinen erschließen, das bisher als Abnehmer nicht in Erscheinung trat. Die
dem Leinen nachgesagten günstigen Eigenschaften in Verbindung mit der in der
Maschenware gegebenen Struktur würde die Verwendung derartiger Garne für
viele praktische und modische Zwecke interessant machen.
9
3. Versuchs durchführung
3.1 Versuchsmaschine
Für die Herstellung der Flachs- und Flachswerggarne mit einem Seelenfaden
aus Synthetic-Endlosfasern wurde eine Naßringspinnmaschine verwendet, wie
sie Abb. 1 schematisch zeigt. 1 und l' sind das Einzugswalzenpaar, dem nach
Durchlaufen des Heißwasserbades das Flachs- oder Flachswergvorgarn zu-
--
I
I
\'-
I
I \
\
5 I
\
\
7
Abb. 1 Einrichtung zum Spinnen von Kerngarnen
10
geführt wird. Über das freie Streckfeld 2, dessen Länge je nach Faserart und
Verzugshöhe eingestellt wird, gelangt das Vorgarn zum Verzugszylinderpaar 3
und 3', von dem aus das verzogene Faserbändchen über das Führungsauge 4, dem
Ringläufer und der Spindel zur Drahterteilung und Aufwindung zugeführt wird.
Der synthetische Faden läuft von einer Vorlagespule 5 über die Fadenbremse 6
und eine Umlenkung 7 auf die Verzugsdruckwalze 3', die er je nach Einstellung
mehr oder minder umschlingt, und vereinigt sich im Klemmpunkt der Walzen 3
und 3' mit dem abgelieferten Faserband.
Diese Anordnung und Art der Fadenführung haben sich als notwendig ergeben,
da für die Einführung des sehr dehnbaren Kernfadens eine hohe Spannung er
forderlich ist, um seine vollkommene Umspinnung zu erzielen. Die Einlauf
spannung des synthetischen Fadens in das Kerngarn am Klemmpunkt der Walzen
3, 3' setzt sich zusammen aus der von der Bremse 6 erzeugten Vorspannung und
den Reibungen an der Fadenführung 7 und der Walze 3'. Die bekannte Wirkung
von drei hintereinander angeordneten Umschlingungsbremsstufen ermöglicht
die erforderliche Höhe der Fadenspannung.
Mit der beschriebenen Fadenführung ist die Her
stellung eines geschlossenen Garnkörpers erreicht
Seelenfaden
worden, bei dem die Abdeckung der synthetischen
Seele vollkommen ist und auch während der Weiter
verarbeitung erhalten bleibt. Sie hat in ihrer einfachen
Ausführung auch unter den betrieblichen Bedingun
Fasern gen der Naßspinnerei einwandfrei gearbeitet, während
Scheibenbremsen zu Störungen Anlaß gaben.
Bei Betrachtung der Drehungserteilung im schäd
lichen Dreieck unter den Abzugswalzen 3, 3' findet
man, daß das abgelieferte Bändchen im Sinne der
Drehung vollkommen zusammengerollt wird. Soll
ein zugeführter Faden in das Innere eingearbeitet
werden, so muß er auf das Bändchen derart aufgelegt
werden, daß er von den Fasern, wie in Abb.2 gezeigt,
umhüllt wird. Dies erfolgt nur, wenn der Seelen
faden, von der Drucklinie der Walze 3, 3' aus ge
sehen, auf und nicht unter das verzogene Bastfaser
bändchen gelegt wird, also von der Druckwalze und
nicht von der Walze des Verzugszylinders her einläuft.
Die Herstellung der Kerngarne2 erfolgte mit einem
Abb.2
schwereren Läufergewicht als normal, um dem Faden
eine höhere Spannung zu erteilen und damit das Einbetten des Seelenfadens zu
begünstigen. Als Läufer wurden Nylonläufer auf Spezialringprofilen der Firma
James Mackie & Sons verwendet.
Die Arbeitsweise der Spinnmaschine entsprach den normalen betrieblichen Ein
stellungen. In Tab. 1 sind Einzelheiten zusammengestellt.
Als Kerngarne seien im folgenden die gesponnenen Flachs- bzw. Flachswerggarne
2
mit Synthetic-Seelenfaden bezeichnet.
11
Tab. 1 Einstellungen der Versuchsringspinnmaschine
Garn: Flachs Flachswerg
Nm: 18 7.3 8.5 9.6 10.8 12
(tex) : (56) (140) (120) (105) (92) (84)
Spindeldrehzahl [UJmin] 5800 5400 5400 5400 5600 5800
Lieferung [mJmin] 15,1 18,5 18,5 17,7 17,0 16,8
IXm 90,6 105,8 98,2 98,4 100 100
Streckfeld [mm] 68 68 68 68 68 68
3.2 Versuchsmaterial
3.21 F/achs- und Flachswergfasern
Für die Durchführung der Untersuchungen wurden im Betrieb die für die ge
sponnenen Nummern laufenden Rohstoffmischungen verwendet. Es handelt sich
bei den Flachsgarnen um eine Zusammensetzung von Hechelflachs aus belgischen
und holländischen Wasserrösten sowie aus belgischer Tauröste zu je etwa 1/3. Die
Mischung für die Werggarne Nm 7.3 (140 tex) und 8.5 (120 tex) bestand aus
etwa 50% Ralo 6 und 50% belgischem Wasserröstschwingwerg; für Nm 9.6
(105 tex) aus je 1/3 Ralo 8, Wasserrösthechelwerg und einem Wasserröstlang
werg; für Nm 10.8 (92 tex) und 12 (84 tex) aus 1/3 Ralo 8 und 2/3 ausgesuchten
Hechelwergen. Soweit die Wasserröstwerge knotige Bänder nach dem Kardieren
ergaben, wurden sie vor Bildung des Ansatzes gekämmt.
3.22 Synthetische Fasern
Als Kernfäden wurden zunächst Polyamid-und Polyesterendlosgarne vorgesehen.
Da Leinengarne im Laufe der weiteren Verarbeitung üblicherweise einer Bleiche
unterworfen werden, mußten die synthetischen Fasern auf ihre Beständigkeit
gegenüber den dafür verwendeten Chemikalien und die Einwirkung der dabei
angewandten Konzentrationen überprüft werden. Diese Untersuchungen ergaben,
daß die Polyamid fasern erhebliche Schädigungen erleiden, die beim Dehnungs
verhalten Verlustwerte bis zu nahezu 50% erreichten. Da bei derartigen Minde
rungen nicht damit zu rechnen war, daß die angestrebten Verbesserungen der
Garneigenschaften auch nach der Bleiche erhalten bleiben, wurden die Spinnver
suche ausschließlich mit Polyestergarnen durchgeführt, bei denen die festge
stellten Veränderungen durch die Bleichbehandlung durchaus im Rahmen der
jenigen lagen, die auch die Leinengarne erfahren.
Bereits bei Vorversuchen hatte sich ergeben, daß schon mit verhältnismäßig
niedrigen Anteilen an synthetischen Fasern eine beachtliche Steigerung der Deh
nung erzielbar ist. Dementsprechend wurden die Untersuchungen zunächst mit
12