DE69920611T2

DE69920611T2 - Verfahren zur Herstellung von multilobalen Hochdenier-Filamenten aus thermotropischen Flüssigkristallpolymeren

Info

Publication number: DE69920611T2
Application number: DE69920611T
Authority: DE
Inventors: John A. Flint; Michael Jaffe; Ishaq M. Haider; Joseph J. Dibiase; John E. Cornetta
Original assignee: Celanese Acetate LLC
Current assignee: Celanese Acetate LLC
Priority date: 1998-09-10
Filing date: 1999-07-23
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2019-07-24
Also published as: MY118225A; TR199902157A3; JP2000096338A; EP0985748A3; CN1254035A; KR20000022989A; EP0985748A2; TR199902157A2; EP0985748B1; CA2280327A1; US6187437B1; CN1189606C; DE69920611D1; ES2232990T3; BR9904638A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Bildung von multilobalen Filamenten eines thermotropen, flüssigkristallinen Polymers. Insbesondere macht die vorliegende Erfindung Verfahren zur Bildung von im Spinnzustand vorliegenden und wärmebehandelten multilobalen Filamenten mit hoher Feinheit aus einer Vielzahl von thermotropen, flüssigkristallinen, vollständig aromatischen Polyestern und Polyesteramiden verfügbar. Diese Erfindung betrifft auch im Spinnzustand vorliegende und wärmebehandelte multilobale Filamente mit hoher Feinheit aus thermotropen, flüssigkristallinen Polyestern und Polyesteramiden.
Beschreibung des Standes der Technik
Thermotrope, flüssigkristalline Polymere (LCP) sind eine wichtige Polymerklasse, bei denen es sich gewöhnlich um vollständig aromatische Moleküle handelt, die eine Vielfalt von Heteroatom-Bindungen einschließlich Ester- und/oder Esteramid-Bindungen enthalten. Beim Erwärmen auf eine ausreichend hohe Temperatur schmelzen LCP unter Bildung einer flüssigkristallinen Schmelzphase (die oft als "anisotrope Phase" bezeichnet wird) statt einer isotropen Schmelze. Gewöhnlich bestehen LCP aus linearen ("starren Stab-")Molekülen, die sich unter Erhalt der gewünschten flüssigkristallinen Ordnung aneinander reihen können. Als Folge weisen LCP eine niedrige Schmelzviskosität und somit verbesserte Gebrauchseigenschaften und Verarbeitbarkeiten auf.
Aufgrund der Orientierung von LCP unter Bildung von linearen "starren Stab"-Molekülen weisen LCP extrem gute mechanische Eigenschaften auf. Somit ist im Fachgebiet wohlbekannt, dass LCP zu Formteilen wie Folien, Stangen, Rohren, Fasern und verschiedenen anderen Formteilen geformt werden können. Darüber hinaus ist im Fachgebiet auch bekannt, dass LCP, insbesondere in Faserform, nach einem Wärmebehandlungsverfahren außergewöhnlich gute mechanische Eigenschaften aufweisen. Alle der im Fachgebiet bekannten Verfahren beschreiben jedoch nur die Bildung von Fasern mit niedriger Feinheit, z.B. von etwa 10 denier pro Filament (dpf), die sowohl in ihren gesponnenen als auch in ihren wärmebehandelten Formen gute mechanische Eigenschaften aufweisen. Weiterhin gibt es im Stand der Technik keine berichte darüber, dass Filamente mit einem multilobalen Querschnitt aus LCPs hergestellt werden können. Was noch wichtiger ist, Filamente aus LCPs haften im Allgemeinen nicht an verschiedenen anderen gleichen oder verschiedenen Materialien.
Somit besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Verfügbarmachung eines Verfahrens zur Bildung gleichmäßig orientierter multilobaler LCP-Filamente mit hoher Feinheit. "Filament mit hoher Feinheit" bedeutet ein Filament mit mehr als 50 dpf.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Verfügbarmachung eines Verfahrens zur Bildung von multilobalen LCP-Filamenten mit hoher Feinheit von mehr als 50 dpf, die in der gesponnenen und in der wärmebehandelten Form verbesserte Eigenschaften der mechanischen, thermischen und chemischen Beständigkeit aufweisen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Verfügbarmachung eines Verfahrens zur Bildung von multilobalen LCP-Filamenten mit hoher Feinheit, die Eigenschaften aufweisen, die mit denjenigen von runden LCP-Filamenten mit niedriger Feinheit (d.h. Filamenten von weniger als 10 dpf) im gesponnenen sowie im wärmebehandelten Zustand vergleichbar sind.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Verfügbarmachung von multilobalen LCP-Filamenten mit hoher Feinheit von mehr als 50 dpf mit Eigenschaften, die mit denjenigen von LCP-Fasern mit niedriger Feinheit von weniger als 10 dpf vergleichbar sind.
Schließlich besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Verfügbarmachung von multilobalen LCP-Filamenten mit hoher Feinheit, die verbesserte Haftungseigenschaften aufweisen.
Die Bildung gleichmäßig orientierter LCP-Filamente mit hoher Feinheit, die sowohl in der gesponnenen als auch in der wärmebehandelten Form verbesserte Eigenschaften der mechanischen, thermischen und chemischen Beständigkeit aufweisen, ist in hohem Maße wünschenswert. Zum Beispiel können LCP-Filamente mit hoher Feinheit in Stahlgürtelreifen Stahldrähte ersetzen. Weiterhin wird, weil LCP-Filamente im Vergleich zu Stahldrähten eine wesentlich niedrigere Dichte aufweisen, erwartet, dass LCP-Filamente gegenüber Stahldrähten weitaus überlegenere Eigenschaften aufweisen. Weiterhin ist aus dem folgenden Stand der Technik offensichtlich, dass ein realer Bedarf an Filamenten mit hoher Feinheit besteht, die verbesserte Eigenschaften der mechanischen, thermischen und chemischen Beständigkeit aufweisen.
Stand der Technik
Die folgenden Literaturstellen sind als Hintergrund des Standes der Technik offenbart.
Das U.S.-Patent Nr. 4 183 895 beschreibt ein Verfahren zur Behandlung von polymeren Produkten, die eine anisotrope Schmelze bilden. Die Fasern mit verbesserten mechanischen Eigenschaften wurden durch ein Wärmebehandlungsverfahren erhalten, und die Reißlänge der Fasern wurde um wenigstens 50 % und auf wenigstens 10 g/d erhöht.
Das U.S.-Patent Nr. 4 468 364 lehrt ein Verfahren zum Extrudieren von thermotropen, flüssigkristallinen Polymeren (LCP). Es wird beansprucht, dass man durch die Extrusion eines LCP durch eine Düsenöffnung mit einem L/D-Verhältnis von weniger als 2 (vorzugsweise 0) und ein Abzugverhältnis von weniger als 4 (vorzugsweise 1) Filamente mit guten mechanischen Eigenschaften erhalten kann.
Das U.S.-Patent Nr. 4 910 057 beschreibt ein hochgradig gedehntes Element mit einer im Wesentlichen gleichmäßigen Querschnittskonfiguration, die zu einer verbesserten Funktion als versteifende Halterung in einem optischen Faserkabel fähig ist.
Das U.S.-Patent Nr. 5 246 776 lehrt ein Aramid-Monofilament und ein Verfahren zur Herstellung davon.
Das U.S.-Patent Nr. 5 427 165 beschreibt eine Verstärkungsanordnung, die wenigstens teilweise aus kontinuierlichen Monofilamenten aus (einem) flüssigkristallinen organischen Polymer(en) besteht. Bei den dort verwendeten Polymeren handelt es sich hauptsächlich um Aramide.
Die japanische Offenlegungsschrift Nr. 4-333616 lehrt ein Verfahren zur Herstellung von Filamenten mit 50 bis 2000 dpf aus geschmolzenen flüssigkristallinen Polymeren. Die mechanischen Eigenschaften dieser Filamente im wärmebehandelten Zustand waren denjenigen Eigenschaften, die für die entsprechenden Filamente mit niedriger Feinheit von 5 bis 10 dpf berichtet wurden, signifikant unterlegen.
J. Rheology 1992, Band 36 (S. 1057 – 1078) berichtet über eine Untersuchung der Rheologie und des Orientierungsverhaltens eines thermotropen flüssigkristallinen Polyesters unter Verwendung von Kapillardüsen mit verschiedenen Aspektverhältnissen.
J. Appl. Polym. Sci. 1995, Band 55 (S. 1489–1493) berichtet über die Orientierungsverteilung in extrudierten Stäben aus thermotropen, flüssigkristallinen Polyestern. Die Orientierungsfunktion erhöht sich mit einer steigenden scheinba ren Scherrate von 166 bis 270 s^–1, nimmt aber mit einer steigenden scheinbaren Scherrate von 566 bis 780 s^–1 ab.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Unerwartet und überraschend ist jetzt gefunden worden, dass multilobale Filamente mit hoher Feinheit von wenigstens 50 d pro Filament sowohl im Spinnzustand als auch wärmebehandelt hergestellt werden können, die über den Filamentquerschnitt im Wesentlichen eine gleichmäßige molekulare Orientierung aufweisen. Weiterhin weisen diese Filamente mit hoher Feinheit bemerkenswert gute Zugeigenschaften auf, indem sie wenigstens 80 bis 90 % der Eigenschaften, die von herkömmlichen Filamenten mit niedriger Feinheit von 5 bis 10 dpf erwartet werden, beibehalten, wobei diese Eigenschaften für ein Filament mit hoher Feinheit bisher für alle oben kurz beschriebenen Literaturstellen des Standes der Technik unerreichbar war.
Somit wird gemäß dieser Erfindung ein Verfahren zur Bildung eines multilobalen Filaments aus einem thermotropen flüssigkristallinen Polymer bereitgestellt, wobei das Polymer aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus vollständig aromatischen Polyestern, aromatisch-aliphatischen Polyestern, aromatischen Polyazomethinen, aromatischen Polyesteramiden und aromatischen Polyestercarbonaten besteht, und die folgenden Eigenschaften hat:

(i) eine Feinheit von wenigstens 50 denier pro Filament;
(ii) eine Reißlänge von wenigstens 8 Gramm pro denier;
(iii) einen Modul von wenigstens 450 Gramm pro denier; und
(iv) eine Dehnung von wenigstens 2 Prozent.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung umfasst die folgenden Schritte:

(a) Erhitzen eines thermotropen flüssigkristallinen Polymers auf eine Temperatur von wenigstens 15 °C oberhalb seines Schmelzübergangs unter Bildung eines flüssigen Stroms des thermotropen Polymers;
(b) Führen des Stroms durch eine erhitzte Extrusionskammer, wobei die Kammer mit einer geeigneten Öffnung mit einem multilobalen Querschnitt versehen ist, unter Bildung des multilobalen Filaments aus dem Polymer; und
(c) Aufwickeln des Filaments mit einer Aufnahmegeschwindigkeit von wenigstens 200 m/min und mit einem Abzugverhältnis von 4 bis 40, so dass das multilobale Filament mit einer über seinen Querschnitt im Wesentlichen gleichmäßigen molekularen Orientierung und mit einer Feinheit von wenigstens 50 denier pro Filament entsteht.

In einem anderen Aspekt der Erfindung wird auch ein Verfahren zur Bildung eines wärmebehandelten multilobalen Filaments aus einem thermotropen flüssigkristallinen Polymer bereitgestellt, wobei das Polymer aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus vollständig aromatischen Polyestern, aromatischaliphatischen Polyestern, aromatischen Polyazomethinen, aromatischen Polyesteramiden und aromatischen Polyestercarbonaten besteht, und die folgenden Eigenschaften hat:

(i) eine Feinheit von wenigstens 50 denier pro Filament;
(ii) eine Reißlänge von wenigstens 20 Gramm pro denier;
(iii) einen Modul von wenigstens 600 Gramm pro denier; und
(iv) eine Dehnung von wenigstens 3 Prozent.

Somit umfasst das Verfahren gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung die folgenden Schritte:

(a) Erhitzen eines thermotropen flüssigkristallinen Polymers auf eine Temperatur von 15 °C bis 50 °C oberhalb seines Schmelzübergangs unter Bildung eines flüssigen Stroms des Polymers;
(b) Extrudieren des Polymerstroms durch eine erhitzte zylindrische Spinndüse, die wenigstens eine Extrusionskapillare mit einem multilobalen Querschnitt aufweist, unter Bildung eines multilobalen Filaments;
(c) Aufwickeln des multilobalen Filaments mit einer Aufnahmegeschwindigkeit von wenigstens 200 m/min und mit einem Abzugverhältnis von 4 bis 40, so dass ein Filament mit einer über seinen Querschnitt im Wesentlichen gleichmäßigen molekularen Orientierung und mit einer Feinheit im Bereich von 50 bis 1000 denier pro Filament entsteht; und
(d) Wärmebehandeln des multilobalen Filaments bei einer Temperatur von 10 bis 30 °C unterhalb des Schmelzpunkts des Polymers und unter Druckbedingungen während einer ausreichenden Zeitspanne, gegebenenfalls in Gegenwart einer inerten Atmosphäre, unter Bildung des wärmebehandelten Filaments.

In noch einem anderen Aspekt dieser Erfindung wird auch ein multilobales Filament aus einem thermotropen, flüssigkristallinen Polymer im Spinnzustand verfügbar gemacht.
In einem weiteren Aspekt dieser Erfindung wird auch ein wärmebehandeltes multilobales Filament aus einem thermotropen, flüssigkristallinen Polymer verfügbar gemacht.
Andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden weiterhin in der folgenden, ausführlichen Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsformen beschrieben.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß dieser Erfindung wird ein Verfahren zur Bildung eines multilobalen Filaments aus einem thermotropen flüssigkristallinen Polymer bereitgestellt, wobei das Polymer aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus vollständig aromatischen Polyestern, aromatisch-aliphatischen Polyestern, aromatischen Polyazomethinen, aromatischen Polyesteramiden und aromatischen Polyestercarbonaten besteht, und die folgenden Eigenschaften hat:

(i) eine Feinheit von wenigstens 50 denier pro Filament;
(ii) eine Reißlänge von wenigstens 8 Gramm pro denier;
(iii) einen Modul von wenigstens 450 Gramm pro denier; und
(iv) eine Dehnung von wenigstens 2 Prozent

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung besteht aus den folgenden Schritten:

Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung sind die bevorzugten Polymere thermotrope, flüssigkristalline Polymere. Thermotrope, flüssigkristalline Polymere sind Polymere, die in der Schmelzphase flüssigkristallin (d.h. anisotrop) sind. Thermotrope, flüssigkristalline Polymere umfassen vollständig aromatische Polyester, aromatisch-aliphatische Polyester, aromatische Polyazomethine, aromatische Polyesteramide, aromatische Polyamide und aromatische Polyestercarbonate. Die aromatischen Polyester werden in dem Sinn als "vollständig" aromatisch betrachtet, als jeder im Polyester vorhandene Rest wenigstens einen aromatischen Ring zum Polymerrückgrat beisteuert.
Spezielle Beispiele für geeignete aromatisch-aliphatische Polyester sind Copolymere von Polyethylenterephthalat und Hydroxybenzoesäure, die in Polyester X7G-A Self Reinforced Thermoplastic, by W.J. Jackson, Jr., H.F. Kuhfuss und T.F. Gray, Jr., 30th Anniversary Technical Conference, 1975 Reinforced Plastics/Composites Institute, The Society of the Plastics Industry, Inc., Section 17-D, S. 1–4, offenbart sind. Eine weitere Offenbarung eines solchen Copolymers kann in "Liquid Crystal Polymers: I. Preparation and Properties of p-Hydroxybenzoic Acid Copolymers", Journal of Polymer Science, Polymer Chemistry Edition, Band 14, S. 2043–58 (1976), von W.J. Jackson, Jr., und H.F. Kuhfuss, gefunden werden.
Aromatische Polyazomethine und Verfahren zur Herstellung davon sind in den U.S.-Patenten Nr. 3 493 522, 3 493 524, 3 503 739, 3 516 970, 3 516 971, 3 526 611, 4 048 148 und 4 122 070 offenbart. Spezielle Beispiele für solche Polymere umfassen Poly(nitrilo-2-methyl-1,4-phenylennitriloethylidin-1,4-phenylenethylidin), Poly(nitrilo-2-methyl-1,4-phenylennitrilomethylidin-1,4-phenylenmethylidin) und Poly(nitrilo-2-chlor-1,4-phenylennitrilomethylidin-1,4-phenylenmethylidin).
Aromatische Polyesteramide sind in den U.S.-Patenten 5 204 443, 4 330 457, 4 966 956, 4 355 132, 4 339 375, 4 351 917 und 4 351 918 offenbart. Spezielle Beispiele für solche Polymere umfassen ein Polymer, das aus 4-Hydroxybenzoesäure, 2,6-Hydroxynaphthoesäure, Terephthalsäure, 4,4'- Biphenol und 4-Aminophenol umfassenden Monomeren gebildet ist, und ein Polymer, das aus dem 4-Hydroxybenzoesäure, 2,6-Naphthalindicarbonsäure, Terephthalsäure, Isophthalsäure, Hydrochinon und 4-Aminophenol umfassenden Monomeren gebildet ist.
Bevorzugte aromatische Polyamide sind diejenigen, die schmelzverarbeitbar sind und eine oben beschriebene thermotrope Schmelzphase bilden. Spezielle Beispiele für solche Polymere umfassen ein Polymer, das aus Terephthalsäure, Isophthalsäure und 2,2'-Bis(4-aminophenyl)propan umfassenden Monomeren gebildet ist.
Aromatische Polyestercarbonate sind im U.S.-Patent Nr. 4 107 143 offenbart, auf das hier ausdrücklich Bezug genommen wird. Beispiele für solche Polymere umfassen diejenigen, die im Wesentlichen aus Hydroxybenzoesäure-Einheiten, Hydrochinon-Einheiten, Carbonateinheiten und aromatischen Carbonsäure-Einheiten bestehen.
Die Flüssigkristallpolymere, die zur Verwendung im Verfahren der vorliegenden Erfindung bevorzugt sind, sind die thermotropen, vollständig aromatischen Polyester. Spezielle Beispiele für solche Polymere können in den U.S.-Patenten Nr. 3 991 013, 3 991 014, 4 057 597, 4 066 620, 4 075 262, 4 118 372, 4 146 702, 4 163 779, 4 156 070, 4 159 365, 4 169 933, 4 181 792 und 4 188 476 und in der GB-Anmeldung Nr. 2 002 404 gefunden werden.
Vollständig aromatische Polyester, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung bevorzugt sind, sind in den U.S.-Patenten der Anmelderin Nr. 4 067 852, 4 083 829, 4 130 545, 4 161 470, 4 184 996, 4 238 599, 4 238 598, 4 230 817, 4 224 433, 4 219 461 und 4 256 624 offenbart. Die hier offenbarten vollständig aromatischen Polyester sind typischerweise dazu fähig, bei einer Temperatur unterhalb von etwa 350 °C eine anisotrope Schmelzphase zu bilden.
Die vollständig aromatischen Polyester, die zur Verwendung im Verfahren der vorliegenden Erfindung geeignet sind, können durch eine Vielzahl von esterbil denden Techniken gebildet sein, wobei organische Monomerverbindungen, die funktionelle Gruppen aufweisen, die bei einer Kondensation die jeweiligen Repetiereinheiten bilden, umgesetzt werden. Zum Beispiel kann es sich bei den funktionellen Gruppen der organischen Monomerverbindungen um Carbonsäuregruppen, Hydroxylgruppen, Estergruppen, Acyloxygruppen, Säurehalogenide etc. handeln. Die organischen Monomerverbindungen können in Abwesenheit eines Wärmetauscherfluids mittels eines Schmelzacidolyseverfahrens umgesetzt werden. Demgemäß können sie anfänglich unter Bildung einer Schmelzlösung der Reaktanten erwärmt werden, wobei die Reaktion andauert, während feste Polymerteilchen darin suspendiert werden. Ein Vakuum kann zur Erleichterung der Entfernung von flüchtigen Stoffen angelegt werden, die während der Endstufe der Kondensation gebildet werden (z.B. Essigsäure oder Wasser).
Im U.S.-Patent Nr. 4 083 829 der Anmelderin mit dem Titel "Melt Processable Thermotropic Wholly Aromatic Polyester" wird ein Aufschlämmungs-Polymerisationsverfahren beschrieben, das zur Bildung der vollständig aromatischen Polyester, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung bevorzugt sind, verwendet werden können. Nach einem solchen Verfahren wird das feste Produkt in einem Wärmetauschermedium suspendiert.
Wenn entweder das Schmelzacidolyse-Verfahren oder das Aufschlämmungsverfahren von U.S.-Patent Nr. 4 083 829 verwendet wird, können die organischen Monomerreaktanten, von denen die vollständig aromatischen Polyester stammen, anfänglich in einer modifizierten Form bereitgestellt werden, wobei die üblichen Hydroxygruppen solcher Monomere verestert werden (d.h., dass sie als niedere Acylester erhalten werden). Die niederen Acylgruppen haben vorzugsweise etwa 2 bis etwa 4 Kohlenstoffatome. Vorzugsweise werden Acetatester organischer Monomerreaktanten erhalten.
Repräsentative Katalysatoren, die gegebenenfalls entweder beim Schmelzacidolyseverfahren oder im Aufschlämmungsverfahren von U.S.-Patent Nr. 4 083 829 verwendet werden können, umfassen Dialkylzinnoxid (zum Beispiel Dibutylzinnoxid), Diarylzinnoxid, Titandioxid, Antimontrioxid, Alkoxytitansilicate, Titanalk oxide, Alkali- und Erdalkalimetallsalze von Carbonsäuren (zum Beispiel Zinkacetat), gasförmige Säurekatalysatoren wie Lewissäuren (zum Beispiel BF₃), Halogenwasserstoffe (zum Beispiel HCl) und einen ähnlichen, einem Fachmann bekannten Katalysator. Die Menge eines eingesetzten Katalysators beträgt typischerweise etwa 0,001 bis etwa 1 Gew.-%, bezogen auf das gesamte Monomergewicht, und am üblichsten etwa 0,01 bis etwa 0,2 Gew.-%.
Die vollständig aromatischen Polyester, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung bevorzugt sind, weisen üblicherweise ein Massenmittel der Molmasse von 10 000 bis 200 000 und vorzugsweise 20 000 bis 50 000 (zum Beispiel 30 000 bis 40 000) auf. Eine solche Molmasse kann durch üblicherweise eingesetzte Techniken wie die Gelpermeationschromatographie oder Viskositätsmessungen an Lösungen bestimmt werden. Andere Verfahren umfassen die Endgruppenbestimmung mittels Infrarot-Spektroskopie an formgepressten Folien oder magnetische kernresonanzspektroskopische (NMR-)Messungen von polymeren Lösungen oder ein Festphasen-NMR von Polymerpulver oder -folien. Alternativ können Lichtstreuungstechniken in einer Pentafluorphenollösung (oder einem Lösungsmittelgemisch aus gleichen Volumina Pentafluorphenol und Hexafluorisopropanol) zur Bestimmung der Molmasse eingesetzt werden.
Die vollständig aromatischen Polyester oder Polyesteramide weisen darüber hinaus üblicherweise eine logarithmische Viskositätszahl (d.h. I.V.) von wenigstens 2,0 dl/g, zum Beispiel 2,0 bis 10,0 dl/g, auf, wenn sie mit einer Konzentration von 0,1 Gew.-% in einem 1:1-Lösungsmittelgemisch von Hexafluorisopropanol (HFIP)/Pentafluorphenol (PFP) (v/v) bei 25 °C gelöst werden.
Besonders bevorzugte Polymere für das Verfahren dieser Erfindung sind vollständig aromatische Polyester und Polyesteramide. In bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung sind speziell bevorzugte Polyester unten aufgeführt:

a) Der vollständig aromatische Polyester, der dazu fähig ist, eine anisotrope Schmelzphase bei einer Temperatur unterhalb von 350 °C zu bilden und im Wesentlichen aus den Repetiereinheiten I und II besteht, wobei:
Der oben beschriebene vollständig aromatische Polyester ist im U.S.-Patent Nr. 4 161 470 beschrieben. Der Polyester umfasst 10 bis 90 Mol-% der Einheit I und 10 bis 90 Mol-% der Einheit II. In einer Ausführungsform ist Einheit II in einer Konzentration von 65 bis 85 Mol-% und vorzugsweise in einer Konzentration von 70 bis 80 Mol-%, zum Beispiel 75 Mol-%, vorhanden. In einer anderen Ausführungsform ist Einheit II in einem geringeren Anteil von 15 bis 35 Mol-% und vorzugsweise in einer Konzentration von 20 bis 30 Mol-% vorhanden.
b) Der vollständig aromatische Polyester, der dazu fähig ist, eine anisotrope Schmelzphase bei einer Temperatur unterhalb von 400 °C zu bilden, der im Wesentlichen aus den Repetiereinheiten I, II, III und VII besteht, wobei:

Der Polyester umfasst 40 bis 60 Mol-% der Einheit I, 2 bis 30 Mol-% der Einheit II und 19 bis 29 Mol-% einer jeden der Einheiten III und VII. In einer der bevorzugten Ausführungsformen umfasst der Polyester 60 bis 70 Mol-% der Einheit I, 3 bis 5 Mol-% der Einheit II und 12,5 bis 18,5 Mol-% einer jeden der Einheiten III und VII.

Die bevorzugten Polyesteramide des Verfahrens der vorliegenden Erfindung sind unten zusammengefasst:

a) Das vollständig aromatische Polyesteramid, das dazu fähig ist, bei einer Temperatur unterhalb von 360 °C eine anisotrope Schmelzphase zu bilden und im Wesentlichen aus den Repetiereinheiten III, I und VI besteht, wobei:

Das oben beschriebene vollständig aromatische Polyesteramid ist im U.S.-Patent Nr. 4 330 457 offenbart. Das Polyesteramid umfasst 25 bis 75 Mol-% von Einheit II, 37,5 bis 12,5 Mol-% einer jeden der Einheiten I und VI. Das Polyesteramid umfasst vorzugsweise 40 bis 70 Mol-% von Einheit II und 15 bis 30 Mol-% einer jeden der Einheiten I und VI. In einer der bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung umfasst das Polyesteramid 60 bis 65 Mol-% von Einheit II und 17,5 bis 20 Mol-% einer jeden der Einheiten I und VI.
b) Die vollständig aromatischen Polyesteramide, die zur Bildung einer anisotropen Schmelzphase bei einer Temperatur unterhalb von 380 °C fähig sind und im Wesentlichen aus den Repetiereinheiten I, II, III, VII und VI bestehen, wobei:

Das oben beschriebene vollständig aromatische Polyesteramid ist im U.S.-Patent Nr. 5 204 443 offenbart. Das Polyesteramid umfasst 40 bis 70 Mol-% der Einheit I, 1 bis 20 Mol-% der Einheit II, 14,5 bis 30 Mol-% der Einheit III, 7 bis 27,5 Mol-% der Einheit VII und 2,5 bis 7,5 Mol-% der Einheit VI.
c) Das vollständig aromatische Polyesteramid, das zur Bildung einer anisotropen Schmelzphase bei einer Temperatur unterhalb von 350 °C fähig ist und im Wesentlichen aus den Repetiereinheiten I, II, III, IV, V und VI besteht, wobei:
Das oben beschriebene Polyesteramid umfasst 40 bis 70 Mol-% der Einheit I, 10 bis 20 Mol-% der Einheit II, 2,5 bis 20 Mol-% der Einheit III, 0 bis 3 Mol-% der Einheit IV, 12,5 bis 27,5 Mol-% der Einheit V und 2,5 bis 7,5 Mol-% der Einheit VI.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein flüssiger Strom aus einem flüssigkristallinen Polymer einer beliebigen herkömmlichen Extrusionsvorrichtung zugeführt, vorausgesetzt, dass sie eine Extrusionsöffnung mit einem multilobalen Querschnitt enthält. Dies wird erreicht, indem das thermotrope, flüssigkristalline Polymer der vorliegenden Erfindung unter Bildung einer Schmelze erwärmt wird. Jedes der bekannten Verfahren zur Erwärmung des Polymers unter Bildung einer Schmelze kann in dieser Erfindung eingesetzt werden. Die speziell eingesetzte Vorrichtung ist für den Betrieb des Verfahrens der vorliegenden Erfindung nichtkritisch, und jede geeignete Vorrichtung kann hier verwendet werden. Bei einer solchen Vorrichtung, von der gefunden wurde, dass sie zur Verwendung mit thermotropen, flüssigkristallinen Polymeren geeignet ist, wird ein Kontakt-Schmelzverfahren eingesetzt, sodass die Verweilzeit der Schmelze kurz und konstant gehalten werden kann. Die Vorrichtung umfasst eine erhitzte Fläche, gegen die ein geformter Stab aus flüssigkristallinem Polymer gepresst wird. Der Flüssigkeitsstrom aus geschmolzenem Polymer wird dann in die Extrusionskammer eingeführt, in deren Inneren sich ein Filterpaket und eine Öffnung mit multilobalem Querschnitt befinden. Nach dem Durchleiten durch das Filterpaket wird die Polymerschmelze durch die Öffnung extrudiert, so dass ein multilobales Filament entsteht. Es können also mehrere solcher Öffnungen in einer Extrusionskammer angeordnet sein, wenn man multilobale Multifilamente bilden möchte.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Kammer aus einer multilobalen Kammer mit einer einzigen Öffnung, in der das Polymer auf eine Temperatur im Bereich von 20 °C bis 50 °C oberhalb ihres Schmelzübergangs erwärmt wird.
Nachdem der flüssige Strom aus dem flüssigkristallinen Polymer durch die Öffnung extrudiert ist, bildet das Polymer einen länglich geformten Gegenstand, dessen Polymermoleküle im Wesentlichen parallel zur Fließrichtung orientiert sind. Die Orientierung der Polymermoleküle kann durch eine Bestimmung des Orientierungswinkels durch Röntgenanalyse bestätigt werden. Die extrudierten Formkörper in Form von Filamenten werden dann ausgezogen und auf einer Filamentspule aufgenommen. Gemäß dem Verfahren dieser Erfindung ist es kritisch, dass das zweckmäßige Abzugverhältnis verwendet wird, um den maximalen Nutzen aus der Praxis dieser Erfindung zu ziehen. Somit wird in einer bevorzugten Ausführungsform ein Abzugverhältnis im Bereich von 4 bis 20 eingesetzt. In einer noch mehr bevorzugten Ausführungsform wird ein Abzugverhältnis im Bereich von 4 bis 15 eingesetzt. Das hier verwendete Abzugs-(DD)-Verhältnis ist als das Verhältnis der Querschnittsfläche der Öffnung (A₁) zur Querschnittsfläche des Filaments (A₂) definiert. Dieses Verhältnis wird oft auch als das Verhältnis der Aufnahmegeschwindigkeit des Filaments (V₂) zur Extrusionsgeschwindigkeit des Filaments (V₁) ausgedrückt. Somit kann das Abzugs-(DD)-Verhältnis durch die folgende Gleichung: DD = A1/A2 = V2/V1 ausgedrückt werden.
Somit können gemäß der vorliegenden Erfindung thermotrope, flüssigkristalline, polymere multilobale Filamente mit einer im Wesentlichen gleichmäßigen molekularen Orientierung hergestellt werden, die ungewöhnlich überlegene mechanische Eigenschaften aufweisen. Zum Beispiel ist es durch ein richtiges Praktizieren des Verfahrens der vorliegenden Erfindung jetzt möglich, ein Filament mit hoher Feinheit mit zuvor unerreichbaren Eigenschaften zu erhalten. Insbesondere ist jetzt gefunden worden, dass multilobale Filamente mit einer Feinheit im Bereich von 100 bis 1000 d pro Filament (dpf) leicht unter Befolgung des Verfahrens dieser Erfindung hergestellt werden können. In einer bevorzugten Ausführungsform können multilobale Filamente mit einer Feinheit im Bereich von 150 bis 500 dpf leicht hergestellt werden. In einer noch mehr bevorzugten Ausführungsform können Filamente mit einer Feinheit im Bereich von 180 bis 300 dpf leicht hergestellt werden. Der hier verwendete Begriff "Feinheit" ist als das in Gramm angegebene Gewicht von 9000 m Filament definiert. Der hier verwendete Begriff "dpf" ist die Feinheit eines einzelnen kontinuierlichen Filaments.
Die Temperatur- und Druckbedingungen, unter denen das flüssigkristalline Polymer extrudiert werden kann, sind für das Verfahren der vorliegenden Erfindung nicht kritisch und können von einem Fachmann leicht bestimmt werden. Typischerweise werden thermotrope Polymere bei einer Temperatur von 280 °C bis 400 °C und bei einem Druck von 100 psi bis 5000 psi extrudiert.
Die oben diskutierten flüssigkristallinen Polymere weisen sehr steife, stabartige Moleküle auf. Im unbewegten Zustand reihen die Polymermoleküle sich in lokalen Bereichen aneinander, wodurch geordnete Arrays oder Domänen gebildet werden. Das Vorhandensein einer Domänentextur innerhalb der Mikrostruktur eines flüssigkristallinen Polymers kann durch herkömmliche Techniken mit polarisiertem Licht unter Verwendung eines Polarisationsmikroskops mit gekreuzten Polarisatoren bestätigt werden.
Die mechanischen Eigenschaften von multilobalen Filamenten, die gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, können noch weiter verbessert werden, indem die Gegenstände nach der Extrusion einer Wärmebehandlung unterzogen werden. Die Gegenstände können in einer inerten Atmosphäre (z.B. Stickstoff, Argon, Helium) thermisch behandelt werden. Zum Beispiel kann der Gegenstand auf eine Temperatur von 10 °C bis 30 °C unterhalb der Schmelztemperatur des flüssigkristallinen Polymers gebracht werden, wobei das Filament bei dieser Temperatur ein fester Gegenstand bleibt. Die Wärmebehandlungszeiten liegen gewöhnlich im Bereich von wenigen Minuten bis zu einigen Tagen, z.B. von 0,5 bis 200 h oder mehr. Vorzugsweise wird die Wärmebehandlung für einen Zeitraum von 1 bis 48 h (z.B. 24 bis 30 h) durchgeführt. Durch die Wärmebehandlung werden die Eigenschaften des Filaments verbessert, indem die Molmasse des flüssigkristallinen Polymers erhöht und der Kristallinitätsgrad erhöht wird.
Somit wird gemäß einer der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch ein Verfahren zur Bildung eines wärmebehandelten multilobalen Filaments aus einem thermotropen flüssigkristallinen Polymer bereitgestellt, wobei das Polymer aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus vollständig aromatischen Polyestern, aromatisch-aliphatischen Polyestern, aromatischen Polyazomethinen, aromatischen Polyesteramiden und aromatischen Polyestercarbonaten besteht, und die folgenden Eigenschaften hat:

Das Verfahren zur Bildung eines solchen Filaments umfasst die folgenden Schritte:

Jeder der oben beschriebenen bevorzugten thermotropen Polyester oder jedes der oben beschriebenen bevorzugten thermotropen Polyesteramide kann in dieser bevorzugten Ausführungsform verwendet werden. Weiterhin kann, wie hier beschrieben ist, die Wärmebehandlung in Stufen bei einer Endtemperatur von 15 °C unterhalb des Schmelzübergangs des thermotropen Polymers durchgeführt werden.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung wird auch ein multilobales Filament aus einem thermotropen flüssigkristallinen Polymer im Spinnzustand bereitgestellt, das die folgenden Eigenschaften hat:

(a) eine Feinheit von wenigstens 50 denier pro Filament;
(b) eine Reißlänge von wenigstens 8 Gramm pro denier;
(c) einen Modul von wenigstens 450 Gramm pro denier; und
(d) eine Dehnung von wenigstens 2 Prozent.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung liegt der Bereich der Feinheit des im Spinnzustand vorliegenden multilobalen Filaments im Bereich von 100 bis 1000 dpf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung liegt die Feinheit des im Spinnzustand vorliegenden multilobalen Filaments im Bereich von 150 bis 500 dpf. In einer am meisten bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung liegt die Feinheit des im Spinnzustand vorliegenden multilobalen Filaments im Bereich von 180 bis 300 dpf.
In noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung wird auch ein wärmebehandeltes multilobales Filament aus einem thermotropen flüssigkristallinen Polymer bereitgestellt, das die folgenden Eigenschaften hat:

(a) eine Feinheit von wenigstens 50 denier pro Filament;
(b) eine Reißlänge von wenigstens 20 Gramm pro denier;
(c) einen Modul von wenigstens 500 Gramm pro denier; und
(d) eine Dehnung von wenigstens 3 Prozent.

Diese Erfindung wird durch die folgenden Beispiele, die für veranschaulichende Zwecke angegeben sind und den Rahmen der vorliegenden Erfindung keinesfalls einschränken, weiter veranschaulicht.
Beispiele (Allgemeines)
In den folgenden Beispielen werden die folgenden Abkürzungen verwendet:

HBA: = 4-Hydroxybenzoesäure
HNA: = 2,6-Hydroxynaphthoesäure
TA: = Terephthalsäure
IA: = Isophthalsäure
NDA: = 2,6-Naphthalindicarbonsäure
BP: = 4,4'-Biphenol
HQ: = Hydrochinon
AA: = 1-Acetoxy-4-acetamidobenzol
IV: = logarithmische Viskositätszahl
dl/g: = Deziliter/Gramm; die Maßeinheit für IV
Gew.-%: = gewöhnlich zur Wiedergabe der Konzentration einer Lösung verwendet, deren IV zu messen ist – bedeutet Gramm Polymer in 100 ml eines Lösungsmittelgemisches.
Gew.-%: = Gewichtsprozent
MV: = Schmelzviskosität
DSC: = Differentialscanningkalorimetrie
T: = Reißlänge
M: = Modul
E: = Dehnung
gpd: = Gramm pro denier

Allgemeine, zur Charakterisierung des Polymers verwendete analytische Techniken:
Zur Charakterisierung des Polymers und der Filamente, die gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet werden, wurde eine Vielzahl von analytischen Techniken eingesetzt, die die Folgenden einschlossen:
IV: Die Lösungsviskosität der Polymerproben, die IV, wurde bei 25 °C mit einer Konzentration von 0,1 Gew.-% in einer Lösung aus gleichen Teilen, bezogen auf das Volumen, von Pentafluorphenol und Hexafluorisopropanol gemessen.
MV: Die MV der Polymerproben wurde mittels eines Kayeness-Schmelzrheometers, Modell 2052, ausgestattet mit einem Hastalloy-Kolben und einer Stempelspitze, gemessen. Der Radius der Düsenöffnung betrug 0,015 inch, und ihre Länge betrug 1 inch. Zum Zweck der Bestimmung der Schmelzviskosität wurde ein Diagramm der Viskosität als Funktion der Schergeschwindigkeit erzeugt, indem die Viskositäten bei Scherraten von 56, 166, 944, 2388 und 8333 s^–1 gemessen wurden, und die Viskositäten bei 100 und 1000 s^–1 wurden interpoliert.
DSC: Die DSC von Polymerproben wurde mittels eines Thermoanalyse-Systems 7700 von Perkin Elmer durchgeführt. Bei allen Durchgängen wurden die in Aluminiumtiegeln versiegelten Proben unter einer Stickstoffatmosphäre mit einer Rate von 20 °C/min erwärmt oder abgekühlt. Die aus dem zwei ten Heizdurchgang erhaltenen DSC-Kurven wurden für die Analyse verwendet.
Lichtmikroskopie: Proben für die mikroskopische Analyse wurden durch ein dünnes Schneiden mittels eines Glasmesser-Mikrotoms angefertigt. Die Schnitte wurden mittels Mikroskopie mit polarisiertem Licht untersucht, wodurch das morphologische Verhalten bei Raumtemperaturen beobachtet wurde.
Beispiel 1
Beispiel 1 veranschaulicht, dass die mechanischen Eigenschaften eines im Spinnzustand vorliegenden multilobalen Filaments mit hoher Feinheit aus einem flüssigkristallinen, vollständig aromatischen Polyester, das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, mit denjenigen des nach einem herkömmlichen Verfahren hergestellten runden Filaments vergleichbar sind.
Multilobale Filamente wurden aus einem thermotropen, flüssigkristallinen, vollständig aromatischen Polyester gebildet, der HBA-Einheiten und HNA-Einheiten umfasst (VECTRA^TM A, kommerziell erhältlich von HNA Holdings, Inc., Charlotte, N.C.). Dieses Polymer wies eine Schmelztemperatur von 280 °C und eine logarithmische Viskosität von 6,30 dl/g auf, wenn in einer Konzentration von 0,1 Gew.-% Lösung in gleichen Teilen, bezogen auf das Volumen von Pentafluorphenol und Hexafluorisopropanol, bei 25 °C gemessen wurde.
Eine Probe des Polymers wurde über Nacht bei 130 °C unter Vakuum getrocknet. Das Polymer wurde in einem Extruder mit einem Durchmesser von 1 inch geschmolzen, und das Extrudat wurde mittels einer herkömmlichen Polymer-Dosierpumpe dem Spinnpaket zudosiert, wo es durch 50/80-Metallsplitter filtriert wurde. Die Schmelze wurde dann durch eine Einloch-Spinndüse mit octalobalem Querschnitt extrudiert. Auf das austretende octalobale Filament wurde eine Querstrom-Abschreckung einwirken gelassen, um eine Kühlung und eine stabile Spinnumgebung zu gewährleisten. Die Abschreckvorrichtung befand sich 4 cm unterhalb der Spinndüsen-Stirnfläche und war 120 cm lang und 15 cm breit. Die Abschreck-Fließgeschwindigkeit an der Oberseite betrug 30 mpmin (0,5 mps). Das octalobale Monofilament von 220 denier wurde entweder mit Wasser oder mit einer Spinnpräparation appretiert, bevor es um ein Galettensystem zur Regelung der Aufnahmegeschwindigkeit geführt wurde. Schließlich wurde es auf einer Aufspulmaschine von Sahm aufgenommen.
Die mechanischen Eigenschaften der gemäß diesem Beispiel 1 hergestellten Monofilamente wurden nach ASTM D3822 gemessen, und die Ergebnisse sind in Tabelle I aufgeführt. Zu Vergleichszwecken wurden auch runde Monofilamente auf die oben beschriebene Weise unter Verwendung einer zylindrischen Spinndüse extrudiert. Die mechanischen Eigenschaften dieser runden bzw. octalobalen Filamente sind in Tabelle I aufgeführt. Tabelle I
Beispiel 2
Gemäß Beispiel 1 erzeugte octalobale Monofilamente von 220 denier wurden einer Wärmebehandlung mit den folgenden Stufen unterzogen. Eine Wärmebehandlung kurzer Stücke des Monofilaments wurde auf Rahmen unter einer Spannung von null in einem Strom von trockenem Stickstoff unter Anwendung eines programmierten Temperaturprofils durchgeführt. Die programmierten Temperaturprofile einer jeden der Wärmebehandlungen der octalobalen Monofilamente sind in Tabelle II aufgeführt. Das wärmebehandelte octalobale Monofilament wurde mit einer Messlänge von 10 inch, einer Dehnungsrate von 20% und einem Filamentreißen von 10 getestet. Nach der Wärmebehandlung wurden die mechanischen Eigenschaften der octalobalen Monofilamente gemessen und sind in Tabelle II aufgeführt. Zum Vergleich sind auch die mechanischen Eigenschaften von runden Filamenten, die unter ähnlichen Bedingungen hergestellt wurden, in Tabelle II aufgeführt.
Die Messungen wurden unter Anwendung derselben Tests wie in Beispiel 1 durchgeführt. Die Daten zeigen eine Verbesserung der Eigenschaften, die durch das Einwirkenlassen von in Stufen erfolgenden Wärmebehandlungsbedingungen auf die octalobalen Monofilamente erhalten wird. Tabelle II
Die in Tabelle II gezeigten Ergebnisse belegen eindeutig, dass octalobale Filamente mit vergleichbaren Eigenschaften wie runde Filamente leicht hergestellt werden können, indem man die Verfahrensbedingungen der vorliegenden Erfindung befolgt.
Beispiel 3
Die Beispiele 1 und 2 wurden in diesem Beispiel mit der Ausnahme wiederholt, dass die Filamente mit hoher Feinheit aus dem Polymer Vectra A gebildet wurden. In Tabelle III sind die Eigenschaften der octalobalen Filamente im gesponnenen und wärmebehandelten Zustand aufgeführt. Tabelle III
Beispiel 4
Beispiel 4 zeigt, dass gemäß Beispiel 1 hergestellte octalobale Filamente im Allgemeinen eine überlegene Aufnahme von Appretur aufweisen, wenn man sie mit den nach herkömmlichen Verfahren hergestellten runden Filamenten vergleicht.
Octalobale Filamente von etwa 200 dpf wurden gemäß Beispiel 1 hergestellt und mit verschiedenen Appreturmengen getränkt. In allen Fällen wurde die Appretur während des Spinnens aufgetragen, wie es in Beispiel 1 beschrieben ist. Die Appretur wurde in Isopropanol (IPA) als Lösungsmittel aufgetragen. Nachdem die Filamente getrocknet waren, wurde die Menge der auf die Filamente aufgenommenen Appretur nach einem Extraktionsverfahren gemessen. Die Extraktionsergebnisse sind in Tabelle IV aufgeführt. Tabelle IV Appreturaufnahme für 200 dpf LCP-Monofilamente im Spinnzustand
Target-FOF = Menge der während des Spinnens aufgetragenen Appretur, wobei eine Lösung verwendet wurde, die etwa 10 Gew.-% Appretur und etwa 90 Gew.-% IPA umfasst. Die in Tabelle IV vorgelegten Ergebnisse zeigen eindeutig, dass nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellte octalobale Filamente im Vergleich zu den nach herkömmlichen Verfahren hergestellten runden Filamenten eine merklich überlegene Retention der Appretur aufweisen.
Beispiel 5
Beispiel 5 zeigt, dass gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellten octalobalen Filamente im Vergleich zu den nach herkömmlichen Verfahren hergestellten runden Filamenten überlegene Haftungseigenschaften aufweisen.
Octalobale Filamente von etwa 200 dpf wurden gemäß Beispiel 4 hergestellt und weiterhin nach Verfahren, die dem Fachmann bekannt sind, mit zwei Vortauchzusammensetzungen auf Epoxidbasis und zwei Resorcin-Formaldehyd-Latex(RFL)-Kleberrezepturen behandelt. Die Zusammensetzung von Vortauchlösung A war 4,0 Gew.-% Epoxid. Vortauchlösung B bestand aus 1,6 Gew.-% Epoxid und 4,1 Gew.-% Blockisocyanurat. Die RFL-Zusammensetzungen waren wie folgt: Bei RFL-1 betrug das Stoffmengenverhältnis von Formaldehyd zu Resorcin (F/R) 1,7, und das Gewichtsverhältnis von Harz zu Latex (R/L) betrug 0,22. Bei RFL-2 betrug das Stoffmengenverhältnis von Formaldehyd zu Resorcin (F/R) 2,0, und das Gewichtsverhältnis von Harz zu Latex (R/L) betrug 0,17. RFL-2 enthielt außerdem 10 Gew.-% Blockisocyanurat in der Zusammensetzung. Die Haftung von RFL-behandelten Filamenten an Kautschuk wurde nach einem H-Test gemessen (Peak). Die Ergebnisse sind in Tabelle V aufgeführt.
Bei RFL-1 betrug das Stoffmengenverhältnis von Formaldehyd zu Resorcin (F/R) 1,7, und das Gewichtsverhältnis von Harz zu Latex (R/L) betrug 0,22.
Bei RFL-2 betrug das Stoffmengenverhältnis von Formaldehyd zu Resorcin (F/R) 2,0, und das Gewichtsverhältnis von Harz zu Latex (R/L) betrug 0,17. RFL-2 enthielt außerdem etwa 10 Gew.-% Blockisocyanurat.
Die Haftung von RFL-behandelten Filamenten an Kautschuk wurde nach einem H-Test gemessen (Peak). Die Ergebnisse sind in Tabelle V angegeben. Tabelle V Kautschukhaftungsdaten für LCP-Monofilamente von 200 dpf

RFL: = Resorcin-Formaldehyd-Latex
R1: F/R: = 1,7 Stoffmengenverhältnis; R/L = 0,22 Gewichtsverhältnis (wobei F = Formaldehyd und R = Resorcin)
R2: R/L: = 2,0 Stoffmengenverhältnis; R/L = 0,17 Gewichtsverhältnis Blockisocyanurat = 10 Gew.-% (wobei R = Harz und L = Latex)

Die in Tabelle V aufgeführten Daten zeigen eindeutig, dass octalobale Filamente viel bessere Haftungseigenschaften aufweisen als runde Filamente.

Claims

Verfahren zur Bildung eines multilobalen Filaments aus einem thermotropen flüssigkristallinen Polymer, wobei das Polymer aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus vollständig aromatischen Polyestern, aromatischaliphatischen Polyestern, aromatischen Polyazomethinen, aromatischen Polyesteramiden und aromatischen Polyestercarbonaten besteht, und die folgenden Eigenschaften hat: (i) eine Feinheit von wenigstens 50 denier pro Filament; (ii) eine Reißlänge von wenigstens 8 Gramm pro denier; (iii) einen Modul von wenigstens 450 Gramm pro denier; und (iv) eine Dehnung von wenigstens 2 Prozent; wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Erhitzen eines thermotropen flüssigkristallinen Polymers auf eine Temperatur von wenigstens 15 °C oberhalb seines Schmelzübergangs unter Bildung eines flüssigen Stroms des thermotropen Polymers; (b) Führen des Stroms durch eine erhitzte Extrusionskammer, wobei die Kammer mit einer geeigneten Öffnung mit einem multilobalen Querschnitt versehen ist, unter Bildung des multilobalen Filaments aus dem Polymer; und (c) Aufwickeln des Filaments mit einer Aufnahmegeschwindigkeit von wenigstens 200 m/min und mit einem Abzugverhältnis von 4 bis 40, so dass das multilobale Filament mit einer über seinen Querschnitt im Wesentlichen gleichmäßigen molekularen Orientierung und mit einer Feinheit von wenigstens 50 denier pro Filament entsteht.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das thermotrope flüssigkristalline Polymer ein vollständig aromatischer Polyester ist.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei der Polyester einen schmelzverarbeitbaren vollständig aromatischen Polyester umfasst, der bei einer Temperatur von unter 350 °C eine anisotrope Schmelzphase bilden kann und im Wesentlichen aus den Repetiereinheiten I und II besteht, wobei: I Folgendes ist:
und II Folgendes ist:
wobei der Polyester 10 bis 90 Molprozent Struktureinheit I und 10 bis 90 Molprozent Struktureinheit II umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei der Polyester einen schmelzverarbeitbaren vollständig aromatischen Polyester umfasst, der bei einer Tem peratur von unter 400 °C eine anisotrope Schmelzphase bilden kann und im Wesentlichen aus den Repetiereinheiten I, II, III und VII besteht, wobei: I Folgendes ist:
II Folgendes ist:
III Folgendes ist:
und VII Folgendes ist:
wobei der Polyester 40 bis 70 Molprozent Struktureinheit I, 1 bis 20 Molprozent Struktureinheit II und jeweils 14,5 bis 30 Molprozent der Struktureinheiten III und VII umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das thermotrope flüssigkristalline Polymer ein vollständig aromatisches Polyesteramid ist.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei das Polyesteramid ein schmelzverarbeitbares vollständig aromatisches Polyesteramid umfasst, das bei einer Temperatur von unter 360 °C eine anisotrope Schmelzphase bilden kann und im Wesentlichen aus den Repetiereinheiten II, III und VI besteht, wobei: II Folgendes ist:
III Folgendes ist:
und VI Folgendes ist:
wobei das Polyesteramid 40 bis 70 Molprozent Struktureinheit II und jeweils 15 bis 30 Molprozent der Struktureinheiten III und VI umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei das Polyesteramid ein schmelzverarbeitbares vollständig aromatisches Polyesteramid umfasst, das bei einer Temperatur von unter 380 °C eine anisotrope Schmelzphase bilden kann und im Wesentlichen aus den Repetiereinheiten I, II, III, VII und VI besteht, wobei: I Folgendes ist:
II Folgendes ist:
III Folgendes ist:
VII Folgendes ist:
und VI Folgendes ist:
wobei das Polyesteramid 40 bis 70 Molprozent Struktureinheit I, 1 bis 20 Molprozent Struktureinheit II, 14,5 bis 30 Molprozent Struktureinheit III, 7 bis 27,5 Molprozent Struktureinheit VII und 2,5 bis 7,5 Molprozent Struktureinheit VI umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei das Polyesteramid ein schmelzverarbeitbares vollständig aromatisches Polyesteramid umfasst, das bei einer Temperatur von unter 350 °C eine anisotrope Schmelzphase bilden kann und im Wesentlichen aus den Repetiereinheiten I, II, III, IV, V und VI besteht, wobei: I Folgendes ist:
II Folgendes ist:
III Folgendes ist:
IV Folgendes ist:
V Folgendes ist:
und VI Folgendes ist:
wobei das Polyesteramid 40 bis 70 Molprozent Struktureinheit I, 10 bis 20 Molprozent Struktureinheit II, 2,5 bis 20 Molprozent Struktureinheit III, 0 bis 3 Molprozent Struktureinheit IV, 12,5 bis 27,5 Molprozent Struktureinheit V und 2,5 bis 7,5 Molprozent Struktureinheit VI umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das thermotrope flüssigkristalline Polymer auf eine Temperatur von 20 °C bis 50 °C oberhalb seines Schmelzübergangs erhitzt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Öffnung einen wenigstens sechslappigen multilobalen Querschnitt hat.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Öffnung einen octalobalen Querschnitt hat.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Abzugverhältnis 4 bis 20 beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Abzugverhältnis 4 bis 15 beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei es sich bei den multilobalen Filamenten um ein multilobales Monofilament handelt.
Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei die Feinheit des Filaments 100 bis 1000 denier pro Filament beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei die Feinheit des Filaments 150 bis 500 denier pro Filament beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei die Feinheit des Filaments 180 bis 300 denier pro Filament beträgt.
Verfahren zur Bildung eines wärmebehandelten multilobalen Filaments aus einem thermotropen flüssigkristallinen Polymer, wobei das Polymer aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus vollständig aromatischen Polyestern, aromatisch-aliphatischen Polyestern, aromatischen Polyazomethinen, aromatischen Polyesteramiden und aromatischen Polyestercarbonaten besteht, und die folgenden Eigenschaften hat: (i) eine Feinheit von wenigstens 50 denier pro Filament; (ii) eine Reißlänge von wenigstens 20 Gramm pro denier; (iii) einen Modul von wenigstens 600 Gramm pro denier; und (iv) eine Dehnung von wenigstens 3 Prozent; wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Erhitzen eines thermotropen flüssigkristallinen Polymers auf eine Temperatur von 15 °C bis 50 °C oberhalb seines Schmelzübergangs unter Bildung eines flüssigen Stroms des Polymers; (b) Extrudieren des Polymerstroms durch eine erhitzte zylindrische Spinndüse, die wenigstens eine Extrusionskapillare mit einem multilobalen Querschnitt aufweist, unter Bildung eines multilobalen Filaments; (c) Aufwickeln des multilobalen Filaments mit einer Aufnahmegeschwindigkeit von wenigstens 200 m/min und mit einem Abzugverhältnis von 4 bis 40, so dass ein Filament mit einer über seinen Querschnitt im Wesentlichen gleichmäßigen molekularen Orientierung und mit einer Feinheit im Bereich von 50 bis 1000 denier pro Filament entsteht; und (d) Wärmebehandeln des multilobalen Filaments bei einer Temperatur von 10 bis 30 °C unterhalb des Schmelzpunkts des Polymers und unter Druckbedingungen während einer ausreichenden Zeitspanne, gegebenenfalls in Gegenwart einer inerten Atmosphäre, unter Bildung des wärmebehandelten Filaments.
Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei das thermotrope flüssigkristalline Polymer aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Folgendem besteht: (i) einem schmelzverarbeitbaren vollständig aromatischen Polyester, der bei einer Temperatur von unter 350 °C eine anisotrope Schmelzphase bilden kann und im Wesentlichen aus den Repetiereinheiten I und II besteht, wobei: I Folgendes ist:
und II Folgendes ist:
wobei der Polyester 10 bis 90 Molprozent Struktureinheit I und 10 bis 90 Molprozent Struktureinheit II umfasst; (ii) einem schmelzverarbeitbaren vollständig aromatischen Polyester, der bei einer Temperatur von unter 400 °C eine anisotrope Schmelzphase bilden kann und im Wesentlichen aus den Repetiereinheiten I, II, III und VII besteht, wobei: I Folgendes ist:
II Folgendes ist:
III Folgendes ist:
und VII Folgendes ist:
wobei der Polyester 40 bis 70 Molprozent Struktureinheit I, 1 bis 20 Molprozent Struktureinheit II und jeweils 14,5 bis 30 Molprozent der Struktureinheiten III und VII umfasst; (iii) ein schmelzverarbeitbares vollständig aromatisches Polyesteramid, das bei einer Temperatur von unter 360 °C eine anisotrope Schmelzphase bilden kann und im Wesentlichen aus den Repetiereinheiten II, I und VI besteht, wobei: II Folgendes ist:
I Folgendes ist:
und VI Folgendes ist:
wobei das Polyesteramid 40 bis 70 Molprozent Struktureinheit II und jeweils 15 bis 30 Molprozent der Struktureinheiten I und VI umfasst; (iv) ein schmelzverarbeitbares vollständig aromatisches Polyesteramid, das bei einer Temperatur von unter 380 °C eine anisotrope Schmelzphase bilden kann und im Wesentlichen aus den Repetiereinheiten I, II, III, VII und VI besteht, wobei: I Folgendes ist:
II Folgendes ist:
III Folgendes ist:
VII Folgendes ist:
und VI Folgendes ist:
wobei das Polyesteramid 40 bis 70 Molprozent Struktureinheit I, 1 bis 20 Molprozent Struktureinheit II, 14,5 bis 30 Molprozent Struk tureinheit III, 7 bis 27,5 Molprozent Struktureinheit VII und 2,5 bis 7,5 Molprozent Struktureinheit VI umfasst; und (v) ein schmelzverarbeitbares vollständig aromatisches Polyesteramid, das bei einer Temperatur von unter 350 °C eine anisotrope Schmelzphase bilden kann und im Wesentlichen aus den Repetiereinheiten I, II, III, IV, V und VI besteht, wobei: I Folgendes ist:
II Folgendes ist:
III Folgendes ist:
IV Folgendes ist:
V Folgendes ist:
und VI Folgendes ist:
wobei das Polyesteramid 40 bis 70 Molprozent Struktureinheit I, 10 bis 20 Molprozent Struktureinheit II, 2,5 bis 20 Molprozent Struktureinheit III, 0 bis 3 Molprozent Struktureinheit IV, 12,5 bis 27,5 Molprozent Struktureinheit V und 2,5 bis 7,5 Molprozent Struktureinheit VI umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei die Öffnung einen octalobalen Querschnitt hat.
Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei die Wärmebehandlung in Schritt (d) in Stufen bei einer endgültigen Temperatur von 15 °C unterhalb des Schmelzübergangs des thermotropen flüssigkristallinen Polymers durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei die Feinheit des Filaments 150 bis 500 denier pro Filament beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei die Feinheit des Filaments 180 bis 300 denier pro Filament beträgt.
Multilobales Filament aus einem thermotropen flüssigkristallinen Polymer im Spinnzustand, wobei das Polymer aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus vollständig aromatischen Polyestern, aromatisch-aliphatischen Polyestern, aromatischen Polyazomethinen, aromatischen Polyesteramiden und aromatischen Polyestercarbonaten besteht, und die folgenden Eigenschaften hat: (a) eine Feinheit von wenigstens 50 denier pro Filament; (b) eine Reißlänge von wenigstens 8 Gramm pro denier; (c) einen Modul von wenigstens 450 Gramm pro denier; und (d) eine Dehnung von wenigstens 2 Prozent.
Filament gemäß Anspruch 24, wobei das thermotrope flüssigkristalline Polymer aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Folgendem besteht: (i) einem schmelzverarbeitbaren vollständig aromatischen Polyester, der bei einer Temperatur von unter 350 °C eine anisotrope Schmelzphase bilden kann und im Wesentlichen aus den Repetiereinheiten I und II besteht, wobei: I Folgendes ist:
und II Folgendes ist:
wobei der Polyester 10 bis 90 Molprozent Struktureinheit I und 10 bis 90 Molprozent Struktureinheit II umfasst; (ii) einem schmelzverarbeitbaren vollständig aromatischen Polyester, der bei einer Temperatur von unter 400 °C eine anisotrope Schmelzphase bilden kann und im Wesentlichen aus den Repetiereinheiten I, II, III und VII besteht, wobei: I Folgendes ist:
II Folgendes ist:
III Folgendes ist:
und VII Folgendes ist:
wobei der Polyester 40 bis 70 Molprozent Struktureinheit I, 1 bis 20 Molprozent Struktureinheit II und jeweils 14,5 bis 30 Molprozent der Struktureinheiten III und VII umfasst; (iii) ein schmelzverarbeitbares vollständig aromatisches Polyesteramid, das bei einer Temperatur von unter 360 °C eine anisotrope Schmelzphase bilden kann und im Wesentlichen aus den Repetiereinheiten II, I und VI besteht, wobei: II Folgendes ist:
I Folgendes ist:
und VI Folgendes ist:
wobei das Polyesteramid 40 bis 70 Molprozent Struktureinheit II und jeweils 15 bis 30 Molprozent der Struktureinheiten I und VI umfasst; (iv) ein schmelzverarbeitbares vollständig aromatisches Polyesteramid, das bei einer Temperatur von unter 380 °C eine anisotrope Schmelzphase bilden kann und im Wesentlichen aus den Repetiereinheiten I, II, III, VII und VI besteht, wobei: I Folgendes ist:
II Folgendes ist:
III Folgendes ist:
VII Folgendes ist:
und VI Folgendes ist:
wobei das Polyesteramid 40 bis 70 Molprozent Struktureinheit I, 1 bis 20 Molprozent Struktureinheit II, 14,5 bis 30 Molprozent Struktureinheit III, 7 bis 27,5 Molprozent Struktureinheit VII und 2,5 bis 7,5 Molprozent Struktureinheit VI umfasst; und (v) ein schmelzverarbeitbares vollständig aromatisches Polyesteramid, das bei einer Temperatur von unter 350 °C eine anisotrope Schmelzphase bilden kann und im Wesentlichen aus den Repetiereinheiten I, II, III, IV, V und VI besteht, wobei: I Folgendes ist:
II Folgendes ist:
III Folgendes ist:
IV Folgendes ist:
V Folgendes ist:
und VI Folgendes ist:
wobei das Polyesteramid 40 bis 70 Molprozent Struktureinheit I, 10 bis 20 Molprozent Struktureinheit II, 2,5 bis 20 Molprozent Struktureinheit III, 0 bis 3 Molprozent Struktureinheit IV, 12,5 bis 27,5 Molprozent Struktureinheit V und 2,5 bis 7,5 Molprozent Struktureinheit VI umfasst.
Filament gemäß Anspruch 24, wobei die Feinheit des Filaments 100 bis 1000 denier pro Filament beträgt.
Filament gemäß Anspruch 24, wobei die Feinheit des Filaments 150 bis 500 denier pro Filament beträgt.
Filament gemäß Anspruch 24, wobei die Feinheit des Filaments 180 bis 300 denier pro Filament beträgt.
Wärmebehandeltes multilobales Filament aus einem thermotropen flüssigkristallinen Polymer, wobei das Polymer aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus vollständig aromatischen Polyestern, aromatisch-aliphatischen Polyestern, aromatischen Polyazomethinen, aromatischen Polyesteramiden und aromatischen Polyestercarbonaten besteht, und die folgenden Eigenschaften hat: (a) eine Feinheit von wenigstens 50 denier pro Filament; (b) eine Reißlänge von wenigstens 20 Gramm pro denier; (c) einen Modul von wenigstens 500 Gramm pro denier; und (d) eine Dehnung von wenigstens 3 Prozent.
Filament gemäß Anspruch 29, wobei das thermotrope flüssigkristalline Polymer aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Folgendem besteht: (i) einem schmelzverarbeitbaren vollständig aromatischen Polyester, der bei einer Temperatur von unter 350 °C eine anisotrope Schmelzphase bilden kann und im Wesentlichen aus den Repetiereinheiten I und II besteht, wobei: I Folgendes ist:
und II Folgendes ist:
wobei der Polyester 10 bis 90 Molprozent Struktureinheit I und 10 bis 90 Molprozent Struktureinheit II umfasst; (ii) einem schmelzverarbeitbaren vollständig aromatischen Polyester, der bei einer Temperatur von unter 400 °C eine anisotrope Schmelzphase bilden kann und im Wesentlichen aus den Repetiereinheiten I, II, III und VII besteht, wobei: I Folgendes ist:
II Folgendes ist:
III Folgendes ist:
und VII Folgendes ist:
wobei der Polyester 40 bis 70 Molprozent Struktureinheit I, 1 bis 20 Molprozent Struktureinheit II und jeweils 14,5 bis 30 Molprozent der Struktureinheiten III und VII umfasst; (iii) ein schmelzverarbeitbares vollständig aromatisches Polyesteramid, das bei einer Temperatur von unter 360 °C eine anisotrope Schmelzphase bilden kann und im Wesentlichen aus den Repetiereinheiten II, I und VI besteht, wobei: II Folgendes ist:
I Folgendes ist:
und VI Folgendes ist:
wobei das Polyesteramid 40 bis 70 Molprozent Struktureinheit II und jeweils 15 bis 30 Molprozent der Struktureinheiten I und VI umfasst; (iv) ein schmelzverarbeitbares vollständig aromatisches Polyesteramid, das bei einer Temperatur von unter 380 °C eine anisotrope Schmelzphase bilden kann und im Wesentlichen aus den Repetiereinheiten I, II, III, VII und VI besteht, wobei: I Folgendes ist:
II Folgendes ist:
III Folgendes ist:
VII Folgendes ist:
und VI Folgendes ist:
wobei das Polyesteramid 40 bis 70 Molprozent Struktureinheit I, 1 bis 20 Molprozent Struktureinheit II, 14,5 bis 30 Molprozent Struktureinheit III, 7 bis 27,5 Molprozent Struktureinheit VII und 2,5 bis 7,5 Molprozent Struktureinheit VI umfasst; und (v) ein schmelzverarbeitbares vollständig aromatisches Polyesteramid, das bei einer Temperatur von unter 350 °C eine anisotrope Schmelzphase bilden kann und im Wesentlichen aus den Repetiereinheiten I, II, III, IV, V und VI besteht, wobei: I Folgendes ist:
II Folgendes ist:
III Folgendes ist:
IV Folgendes ist:
V Folgendes ist:
und VI Folgendes ist:
wobei das Polyesteramid 40 bis 70 Molprozent Struktureinheit I, 10 bis 20 Molprozent Struktureinheit II, 2,5 bis 20 Molprozent Struktureinheit III, 0 bis 3 Molprozent Struktureinheit IV, 12,5 bis 27,5 Molprozent Struktureinheit V und 2,5 bis 7,5 Molprozent Struktureinheit VI umfasst.
Filament gemäß Anspruch 29, wobei die Feinheit des Filaments 100 bis 1000 denier pro Filament beträgt.
Filament gemäß Anspruch 29, wobei die Feinheit des Filaments 150 bis 500 denier pro Filament beträgt.
Filament gemäß Anspruch 29, wobei die Feinheit des Filaments 180 bis 300 denier pro Filament beträgt.