專利名稱：用于生產(chǎn)大量高強(qiáng)度、高模量芳族聚酰胺單絲的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)高強(qiáng)度、高模量芳族聚酰胺單絲的工藝。
背景技術(shù)：
本領(lǐng)域中公知此類工藝。首先，將芳族聚酰胺酸溶液擠出到例如空氣的非凝固流 體中，然后進(jìn)入到例如水的凝固流體的淺浴槽中，并通過位于浴槽底部的孔口擠出。進(jìn)一步 的開發(fā)旨在提高紡絲速度、實(shí)現(xiàn)更高的產(chǎn)出，從而使工藝效率更高。然而，紗線質(zhì)量隨著紡 絲速度的提高而惡化。更糟糕的是，對(duì)于纖細(xì)的細(xì)紗，有時(shí)候需要降低紡絲速度。這更進(jìn)一 步降低了產(chǎn)量。已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，由于單絲與凝固液之間大的速率差，高的紡絲速度在單絲與凝固液 之間形成相當(dāng)大的摩擦，從而導(dǎo)致單絲特性例如斷裂強(qiáng)度的降低。U. S. 4，869860公開一種用于生產(chǎn)芳族聚酰胺單絲的改進(jìn)工藝。在擠出之后，聚 合物溶液豎直向下進(jìn)入重力加速和自由下落的凝固液。雖然單絲與凝固液之間的速率差 減小，但紡絲速度依然受凝固液的速率不能升高到通過重力加速達(dá)到的速率之上的事實(shí)限 制。因此，US 4，898，704公開一種生產(chǎn)高強(qiáng)度、高模量芳族聚酰胺單絲的工藝，其通過 沿成絲層的每側(cè)均勻一致地輸送一凝固液射流層而凝固來自線性噴絲頭的單絲成絲層。凝 固液射流進(jìn)一步減小單絲相對(duì)于凝固液的速度。噴嘴位于成絲層的每側(cè)上，射流凝固器因 此呈對(duì)稱的構(gòu)型。由于噴嘴的對(duì)稱布局，直到凝固之前，單絲都沒有被迫壓在一起且不會(huì)與 任何固體或機(jī)械表面接觸。U. S. 4，298, 565公開一種用于制備高強(qiáng)度、高模量芳族聚酰胺單絲的改進(jìn)工藝，其 中含有至少30g/100ml的芳族聚酰胺酸的酸溶液經(jīng)噴絲頭擠出到一非凝固流體層中，然后 進(jìn)入凝固浴槽以形成單絲，單絲穿過與噴絲頭對(duì)準(zhǔn)的紡絲甬道。額外的凝固液沿向下方向 相對(duì)于單絲形成0°至85°角地對(duì)稱地噴射在單絲周圍。噴射的凝固液的速率可高達(dá)紗線 速率的150%，優(yōu)選地，凝固液的速率不超過紗線速率的85%。不會(huì)觀察到紗線特性的改 善，除非將噴絲頭、紡絲甬道、噴嘴和紡絲甬道的延伸部分小心地對(duì)準(zhǔn)在同一軸線上并且小 心地設(shè)計(jì)和對(duì)準(zhǔn)噴嘴元件以提供關(guān)于絲條完全對(duì)稱的射流。為在高紡絲速度下獲得具有期望特性的單絲，認(rèn)為對(duì)稱射流是必要的，以避免在 各單絲上的不均凝固狀態(tài)并避免單絲粘在紡絲甬道壁上或彼此粘住。因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種代替采用對(duì)稱射流凝固器的現(xiàn)有技術(shù)工藝的 方案，其可通過更簡(jiǎn)單并因此更成本劃算的工藝布局高速紡制高強(qiáng)度、高模量的芳族聚酰 胺單絲。

發(fā)明內(nèi)容
通過一種用于生產(chǎn)大量高強(qiáng)度、高模量芳族聚酰胺單絲的工藝實(shí)現(xiàn)該目的，該工 藝包括以下步驟
-經(jīng)由噴絲頭中線性排列的孔口擠出含有至少15%重量百分比的芳族聚酰胺的 酸溶液，從而提供單絲成絲層；-使該單絲成絲層經(jīng)過一層非凝固流體進(jìn)入凝固浴槽，然后-使該成絲層經(jīng)過紡絲甬道，該紡絲甬道具有長(zhǎng)形截面，該長(zhǎng)形截面的至少兩個(gè)相 對(duì)側(cè)平行于該單絲成絲層，這些側(cè)的長(zhǎng)度至少與單絲成絲層的寬度一樣長(zhǎng)，-以相對(duì)于單絲介于15°至75°之間的角度沿向下方向在單絲周圍以恒定的流 速噴射額外的凝固液，-噴射的凝固液以單絲速率的約50%至100%隨同單絲成絲層下移通過紡絲甬 道，凝固液從紡絲甬道的平行于單絲成絲層的任一側(cè)經(jīng)由噴嘴通道噴射，該噴嘴通道的寬 度至少與單絲成絲層相同。按照公知步驟，在對(duì)通過該工藝生產(chǎn)的紗線進(jìn)行卷繞之前，對(duì)單絲進(jìn)行偏轉(zhuǎn)、洗滌 和/或中和及干燥。芳族聚酰胺如文中所用的術(shù)語“成絲層”意味著并排地對(duì)齊并大致平行的一列/ 一排單絲。根據(jù)本發(fā)明的工藝?yán)貌粚?duì)稱的噴嘴構(gòu)型。凝固液僅在單絲的一側(cè)噴射于單絲周 圍。在射流凝固器中，隨同紗線噴射優(yōu)選為水或水溶液的凝固液。由此減小了水/紗線的 摩擦，并因此減小了紗線張力。同時(shí)，通過小心地選擇射流角度可控制來自于凝固浴槽的抽 吸。這提供了對(duì)浴槽穩(wěn)定性的控制。同樣，噴嘴可用于在分紗(thread-up)期間抽吸紗線。雖然現(xiàn)有技術(shù)示出了其它方式，但可以出乎意料地發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明的工藝—— 其結(jié)合線性噴絲頭使用不對(duì)稱的噴嘴構(gòu)型——實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度、高模量的芳族聚酰胺單絲， 同時(shí)即使在高紡絲速度時(shí)也不損害特性。不對(duì)稱的噴嘴構(gòu)型足以用凝固液包覆單獨(dú)的單絲 并防止單絲粘在紡絲甬道壁及其它單絲上。根據(jù)本發(fā)明的工藝允許凝固單元的更簡(jiǎn)單的結(jié) 構(gòu)，因?yàn)槠渲恍枰粋€(gè)噴嘴，這使得制造容易得多并因此降低了成本。只使用一個(gè)噴嘴而不 是兩個(gè)或甚至大量對(duì)稱地對(duì)準(zhǔn)的噴嘴還降低了在噴嘴出口通道處的堵塞風(fēng)險(xiǎn)，這是因?yàn)榭?增加噴嘴通道的高度以在甬道內(nèi)獲得類似的速度。假設(shè)紡絲甬道截面及流速完全相同，那 么相同的流速經(jīng)過單一的噴嘴通道。因此，與兩個(gè)對(duì)稱布置的噴嘴相比，具有與兩個(gè)對(duì)稱布 置的噴嘴相同寬度的單個(gè)噴嘴通道的高度可加倍。噴嘴通道的增加的高度也有助于使結(jié)構(gòu) 更簡(jiǎn)單，這是因?yàn)橐灶愃频木戎圃飒M窄的噴嘴通道要困難得多。優(yōu)選地，噴嘴寬度超過成絲層的寬度至少2. 5%，更優(yōu)選地至少5%，且最優(yōu)選地 至少10%。根據(jù)本發(fā)明的工藝使用線性長(zhǎng)形的噴絲頭代替在一圓形區(qū)域中包括徑向布置的 孔口或一簇孔口的圓形噴絲頭。圓形噴絲頭布局導(dǎo)致對(duì)于大量單絲的從單絲簇或徑向排列 單絲的外邊界至單絲簇或徑向排列單絲的中心的不均勻凝固狀態(tài)。噴絲頭孔口成排地布置，且每排中的孔口的位置相比于相鄰排的孔口是偏移的， 以便提供由均勻隔開的單絲形成的成絲層?？卓谂趴梢允?至25排，優(yōu)選地3至15排，更優(yōu)選地3至10排。噴絲頭孔口優(yōu) 選地以0. 4-1. 5mm的間距隔開，并且一排中相鄰孔口之間的距離與毗鄰排中的孔口之間的 距離相同，從而形成等邊三角形間距。在優(yōu)選實(shí)施例中，每排的孔口數(shù)介于50與200之間。優(yōu)選的凝固液為水溶液，優(yōu)選地為水。凝固液的初始溫度通常小于20°C，優(yōu)選地小于 1O0Co噴嘴流量有上限。當(dāng)噴嘴中的速率達(dá)到紡絲速度時(shí)，在偏轉(zhuǎn)輥之前的張力過低，以 致紗線不會(huì)發(fā)生任何偏轉(zhuǎn)，相反地，單絲將直線下行。偏轉(zhuǎn)輥使紗線方向從豎直偏轉(zhuǎn)成水平 或反之。在根據(jù)本發(fā)明工藝的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，噴射的凝固液隨同單絲成絲層以單絲速 率的約80%至95%下移通過紡絲甬道。在根據(jù)本發(fā)明的工藝的另一優(yōu)選實(shí)施例中，單獨(dú)單絲的線密度為0.4dtex至 IOdtex。通過該工藝紡制的單絲數(shù)介于50與5000之間，更優(yōu)選地介于500與2500之間。單絲下移通過紡絲甬道的速率優(yōu)選地介于300米/分鐘與2000米/分鐘之間，更 優(yōu)選地介于300米/分鐘與1000米/分鐘之間。如果噴射的液體和/或洗滌液通過收集并供給至射流凝固器而被部分或完全地 重復(fù)利用，則根據(jù)本發(fā)明的工藝是特別有利的。與對(duì)稱的噴嘴布局相比，噴嘴通道高度的增 加使得堵塞風(fēng)險(xiǎn)降低。應(yīng)當(dāng)注意的是，根據(jù)本發(fā)明的工藝并不局限于單個(gè)噴絲頭，還包含多個(gè)例如在紡 絲箱體上平行延伸的噴絲頭。本發(fā)明的目的還通過一種用于生產(chǎn)大量高強(qiáng)度、高模量芳族聚酰胺單絲的工藝來 實(shí)現(xiàn)，該工藝包括以下步驟-經(jīng)由噴絲頭擠出含有至少15%重量百分比的芳族聚酰胺的酸溶液，所述噴絲頭 帶有布置在1至10個(gè)環(huán)形排中的孔口，從而提供單絲束，-使該單絲束通過一層非凝固流體進(jìn)入凝固浴槽，然后-使該單絲束經(jīng)過紡絲甬道，該紡絲甬道具有環(huán)形截面，紡絲甬道內(nèi)壁具有一內(nèi) 徑、且紡絲甬道外壁具有一外徑，-以相對(duì)于單絲介于15°至75°之間的角度沿向下方向在單絲周圍以恒定的流 速噴射額外的凝固液，-噴射的凝固液以單絲速率的約50%至100%隨同單絲成絲層下移通過紡絲甬 道，凝固液經(jīng)由噴嘴通道噴射，噴嘴通道沿著紡絲甬道外壁的周向或沿著紡絲甬道內(nèi)壁的 周向布設(shè)。這種布局中的凝固液僅在單絲的一側(cè)噴射于單絲周圍，并因此也可認(rèn)為是不對(duì)稱 的噴嘴構(gòu)型。從紡絲甬道內(nèi)徑方向或紡絲甬道外徑方向進(jìn)行噴射。單絲因此被噴射抵靠于 紡絲甬道內(nèi)壁或紡絲甬道外壁。然而，該噴嘴構(gòu)型足以用凝固液包覆單獨(dú)的單絲并防止單 絲粘在紡絲甬道壁及其它單絲上。在該工藝的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，紡絲甬道的內(nèi)徑為至少4mm，更優(yōu)選地至少6mm， 并且最優(yōu)選地至少12mm。通過上述工藝紡制的單絲數(shù)為至少250，優(yōu)選地至少500。
具體實(shí)施例方式通過以下非限制性的實(shí)例更詳細(xì)地說明本發(fā)明。通過經(jīng)由噴絲頭擠出芳族聚酰胺酸溶液進(jìn)行紡絲，噴絲頭包括以1毫米的三角形 間距排成三排的125個(gè)毛細(xì)管。紡絲速度為500米/分鐘。在噴嘴下方，紡絲甬道中凝固 液的速率為紡絲速度的80%。噴射角度為30°。
根據(jù)ASTM D885-98測(cè)量由此形成的紗線的“斷裂延伸率”(EAB)和“斷裂強(qiáng) 度” (BT)。將使用射流凝固器獲得的紗線的特性與使用相同的芳族聚酰胺酸溶液、通過相同 的設(shè)備但不在單絲周圍噴射額外的凝固液獲得的紗線進(jìn)行對(duì)比。實(shí)例I使用噴嘴高度為0. 5mm且紡絲甬道寬度為Imm的不對(duì)稱噴嘴布局執(zhí)行實(shí)例I。表 1顯示了使用和不使用噴嘴形成的紗線的特性。表 1.
EABBT%mN/tex不對(duì)稱的射流凝固器3.112292不帶噴嘴的對(duì)比例3.312067噴嘴增益-0.20+224實(shí)例II使用帶有兩個(gè)彼此相對(duì)的噴嘴的對(duì)稱噴嘴布局執(zhí)行實(shí)例II。紡絲甬道寬度與實(shí) 例1中相同，即1mm。由于與實(shí)例1中相同的流速現(xiàn)在通過兩個(gè)噴嘴，所以噴嘴高度減小到 0. 25mm以便獲得凝固液在紡絲甬道中的相同速率。表2顯示了使用和不使用噴嘴形成的紗 線的特性。表2.
EABBT%mN/tex對(duì)稱的射流凝固器3.422230不帶噴嘴的對(duì)比例3.372069噴嘴增益+0.05+161實(shí)例III使用帶有兩個(gè)彼此相對(duì)的噴嘴的對(duì)稱噴嘴布局執(zhí)行實(shí)例III。本例中，噴嘴高度保 持與實(shí)例I中相同，即0. 5mm。與實(shí)例1中相同的流速經(jīng)過各噴嘴。因此紡絲甬道中的流速 與實(shí)例1相比加倍。為了獲得紡絲甬道中凝固液的相同速率，將紡絲甬道寬度加倍至2mm。 表3顯示了使用和不使用噴嘴形成的紗線的特性。表 3.
權(quán)利要求
1.一種用于生產(chǎn)大量高強(qiáng)度、高模量芳族聚酰胺單絲的工藝，包括以下步驟-經(jīng)由噴絲頭中線性排列的孔口擠出含有至少15%重量百分比的芳族聚酰胺的酸溶 液，從而提供單絲成絲層，-使所述單絲成絲層經(jīng)過一層非凝固流體進(jìn)入凝固浴槽，然后-使所述成絲層經(jīng)過紡絲甬道，紡絲甬道具有長(zhǎng)形截面，紡絲甬道的至少兩個(gè)相對(duì)側(cè)平 行于所述單絲成絲層，所述側(cè)的長(zhǎng)度至少與所述單絲成絲層的寬度一樣長(zhǎng)，-以相對(duì)于單絲介于15°與75°之間的角度沿向下方向在所述單絲周圍以恒定的流 速噴射額外的凝固液，-噴射的凝固液以單絲速率的約50%至100%隨同所述單絲成絲層下移通過所述紡絲 甬道，-凝固液從所述紡絲甬道的平行于單絲成絲層的任一側(cè)經(jīng)由噴嘴通道噴射，所述噴嘴 通道的寬度至少與單絲成絲層相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其特征在于，所述噴射的凝固液以單絲速率的約80%至 95%隨同所述單絲成絲層下移通過所述紡絲甬道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的工藝，其特征在于，所述單絲具有0.5dtex至IOdtex的線密度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)的工藝，其特征在于，所述單絲的速率介于300米/分 鐘與2000米/分鐘之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其特征在于，所述凝固液通過將其收集并供給至所述噴嘴 而被部分或完全地重復(fù)利用。
6.一種用于生產(chǎn)大量高強(qiáng)度、高模量芳族聚酰胺單絲的工藝，包括以下步驟-經(jīng)由噴絲頭擠出含有至少15%重量百分比的芳族聚酰胺的酸溶液，所述噴絲頭帶有 布置在1至10個(gè)同心環(huán)形排中的孔口，從而提供單絲束，-使所述單絲束通過一層非凝固流體進(jìn)入凝固浴槽，然后-使所述單絲束經(jīng)過紡絲甬道，所述紡絲甬道具有環(huán)形截面，紡絲甬道內(nèi)壁具有內(nèi)徑、 且紡絲甬道外壁具有外徑，-以相對(duì)于所述單絲介于15°與75°之間的角度沿向下方向在所述單絲周圍以恒定 的流速噴射額外的凝固液，-使所述噴射的凝固液以單絲速率的約50%至100%隨同所述單絲成絲層下移通過所 述紡絲甬道，-所述凝固液經(jīng)噴嘴通道噴射，所述噴嘴通道沿著所述紡絲甬道外壁的周向或沿著所 述紡絲甬道內(nèi)壁的周向布設(shè)。
全文摘要
一種用于生產(chǎn)大量高強(qiáng)度、高模量芳族聚酰胺單絲的工藝，包括以下步驟經(jīng)由噴絲頭中線性排列的孔口擠出含有至少15％重量百分比的芳族聚酰胺的酸溶液，從而提供單絲成絲層，使單絲成絲層經(jīng)過一層非凝固流體進(jìn)入凝固浴槽，然后使成絲層經(jīng)過紡絲甬道，紡絲甬道具有長(zhǎng)形截面，且至少兩個(gè)相對(duì)側(cè)平行于單絲成絲層，這些側(cè)的長(zhǎng)度至少與單絲成絲層的寬度一樣長(zhǎng)，以相對(duì)于單絲在介于15°與75°之間的角度沿向下方向在單絲周圍以恒定的流速噴射額外的凝固液，噴射的凝固液以單絲速率的約50％至100％隨同單絲成絲層通過紡絲甬道，凝固液從紡絲甬道平行于單絲成絲層的任一側(cè)經(jīng)由噴嘴通道噴射，噴嘴通道的寬度至少與單絲成絲層相同。
文檔編號(hào)D01D5/06GK102137963SQ200980133398
公開日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2009年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月29日
發(fā)明者M·J·A·亞斯韋爾德, 沃卡姆 T·H·范 申請(qǐng)人:帝人芳綸有限公司