專利名稱：一種用于生產(chǎn)高強度、高模量、低收縮合成長絲的紡絲工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)高強度、高模量、低收縮合成長絲的紡絲工藝。
自從成纖、可熔紡的合成聚合物問世以來，纖維制造者便開始尋求一種增加用這種聚合物制成的纖維的強度和穩(wěn)定性的方法。增加纖維的強度和穩(wěn)定性，對于開辟纖維產(chǎn)品在紡織用途以外的范圍是很必要的。這些非紡織用途(也稱之為“工業(yè)用途”)包括輪胎簾子線;縫紉線;帆布;用于路基結(jié)構(gòu)的織物如網(wǎng)、墊或其他土工布應(yīng)用;工業(yè)用帶;復(fù)合材料;建筑用織物;軟管增強材料;疊層織物;繩纜等等。
起初，粘膠人造絲被用于某些工業(yè)用途，此后耐綸被用來代替粘膠人造絲。七十年代，普通聚酯如聚對苯二甲酸乙二酯開始與耐綸競爭。大約到1985年，開始采用高性能聚酯，即高強度和高穩(wěn)定性聚酯。
在下面概括的對本發(fā)明以前的一些工藝的簡要回顧表明，已經(jīng)從三個通用領(lǐng)域研究增加這些合成纖維強度和穩(wěn)定性的可行方法。這些領(lǐng)域包括從拉伸入手的工藝;從聚合物入手的工藝;從紡絲入手的工藝。下面，“拉伸”是指對初紡絲的加熱和拉伸;“對聚合物處理”是指紡絲前對聚合物的處理;“紡絲”是指從聚合物形成絲的過程，但不包括拉伸。
從拉伸入手的工藝如下美國專利3，090，997揭示了用作輪胎簾子線的聚酰胺的多步拉伸。纖維(耐綸)以常規(guī)方法進(jìn)行熔融紡絲，然后，初紡纖維分三步加以拉伸(拉伸、加熱、再拉伸)以便得到具有下列性能的耐綸拉伸絲;強度10.4～11.1克/旦;伸長12.9～17.1%;初始模量48～71克/旦/100%。
美國專利3，303，169揭示了生產(chǎn)高模量、高強度、低收縮聚酰胺絲的一步拉伸工藝。聚酰胺初紡絲加熱至不低于115℃，得到的絲具有如下性能強度5～8.7克/旦;伸長16.2～30.3%;初始模量28～59克/旦/100%;收縮率3.5～15%。
美國專利3，966，867揭示了一種相對粘度為1.5～1.7的聚對苯二甲酸乙二酯的二步拉伸工藝。第一步，纖維在70～100℃拉伸，拉伸比為3.8～4.2;第二步，纖維在210～250℃拉伸，一步拉伸比與二步拉伸比合計為5.6～6.1。所得到的拉伸絲具有如下性能強度7.5和9.5克/旦;在5克/旦負(fù)荷下的伸長為2～5%;斷裂伸長為9～15%;收縮率為1～4%。
美國專利4，003，974中，具有高相對粘度(HRV)24～28的聚對苯二甲酸乙二酯初紡絲加熱至75～250℃進(jìn)行拉伸，然后通過一個熱拉伸輥，最后松弛。該拉伸絲具有如下性能強度7.5～9克/旦;收縮率約4%;斷裂伸長12～20%;在7%伸長時負(fù)荷承受能力為3～5克/旦。
那些通過對聚合物進(jìn)行處理來增強絲的性能的工藝如下美國專利4，690，866和4，867，963中，聚對苯二甲酸乙二酯的特性粘度在0.90以上;美國專利4，690，868中的初紡纖維(未拉伸)性能如下斷裂伸長52～193%;雙折射0.0626～0.136;結(jié)晶度19.3～36.8%。該拉伸纖維的性能如下強度5.9～8.3克/旦;伸長10.1～24.4%;干收縮率(210℃)0.5～10.3%。美國專利4，867，936中拉伸纖維性能如下強度約8.5克/旦;斷裂伸長約9.9%。收縮率(177℃)約5.7%。
從紡絲入手的工藝如下美國專利3，053，611，聚對苯二甲酸乙二酯離開噴絲板后，在一長2米的紡絲甬道中加熱至220℃，然后在第二甬道內(nèi)將冷卻水噴灑在纖維上。該纖維以1600米/分的速度卷繞，接著拉伸，得到的強度為3.5克/旦。
美國專利3，291，880，從噴絲板紡出的聚酰胺絲冷卻至15℃，然后在纖維上噴以直接蒸汽，該初紡纖維具有低取向和低雙折射。
美國專利3，361，859，一種合成有機聚合物紡制成纖維，纖維出噴絲板時，經(jīng)受“受控延緩冷卻”。冷卻處理是在距噴絲板7英寸內(nèi)進(jìn)行的，在其頂部(即靠近噴絲板的一端)溫度為300℃，而在底部(距噴絲板7英寸處)的最低溫度為132℃。該初紡纖維具有較低的雙折射(11～35×10-3)，其拉伸絲性能如下強度6.9～9.4克/旦;初始模量107～140克/旦/100%，斷裂伸長7.7～9.9%。
美國專利3，936，253和3，969，462揭示了采用一個溫度范圍為115～460℃的加熱套管(長度0.5～2英尺)。前一專利中套管的頂部溫度要高于低部，拉伸絲的性能如下強度9.25克/旦;伸長約13.5%，收縮率約9.5%。后一專利套管中的溫度是恒定的，其拉伸絲的性能如下強度8～11克/旦;斷裂伸長12.5～13.2%。
美國專利3，946，100，纖維從噴絲板紡出后在80℃以下固化，然后該固態(tài)纖維再加熱至聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)與聚合物熔融溫度之間的某一溫度。該加熱纖維從加熱區(qū)以1，000～6，000米/分的速率進(jìn)行卷繞，初紡絲的性能如下強度3.7～4.0克/旦;初始模量70～76克/旦/100%;雙折射0.1188～0.1240。
美國專利4，491，657，聚酯復(fù)絲以高速熔融紡絲并固化。固化是在一個加熱區(qū)和一個冷卻區(qū)組成的系列內(nèi)進(jìn)行的，加熱區(qū)是一個圓筒形的加熱器(溫度從聚合物熔融溫度到400℃)，該加熱器的長度為0.2～1.0米。冷卻區(qū)是用10～40℃的空氣進(jìn)行冷卻。用這一工藝紡出的拉伸絲具有下列性能初始模量90～130克/旦;收縮率(150℃)小于8.7%。
美國專利4，702，871，紡出的纖維進(jìn)入一個負(fù)壓箱中。初紡絲的性能如下強度3.7～4.4克/旦;雙折射104.4～125.8(×10-3);在160℃時15分鐘干熱收縮4.2～5.9%。
美國專利4，869，958，纖維紡出后不加熱，然后卷繞，此時，纖維具有低結(jié)晶度而高取向，其后，纖維進(jìn)行熱處理，該拉伸纖維的性能如下強度4.9～5.2克/旦;初始模量92.5～96.6克/旦/100%，伸長28.5～32.5%。
以上各專利的回顧說明，用上述各種工藝生產(chǎn)的纖維具有高強度或低收縮性質(zhì)。上述專利都未能講明這種具有高強度、高初始模量和低收縮性能相結(jié)合的拉伸絲，或這種絲的加工工藝。
最接近于論述這種拉伸絲的專利，是美國專利4，101，525和4，195，052，這些專利是已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人的相關(guān)專利。在這些專利中，聚酯長絲(聚合物特性粘度為0.5～2.0分升/克)從噴絲板噴出進(jìn)行熔融紡絲，熔融長絲通過一固化區(qū)，在這里均勻驟冷并轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)纖維，該固態(tài)纖維在一個較大的拉力(0.015～0.15克/旦)下從該固化區(qū)牽引出來。這些初紡固態(tài)纖維顯示出較高的雙折射(約9～70×10-3)，然后進(jìn)行拉伸和熱處理。該拉伸絲的性能如下強度7.5～10克/旦;初始模量110～150克/旦/100%;在175℃熱空氣中收縮率小于8.5%。
一種用于紡制有機合成可熔紡聚合物的工藝已被揭示，該工藝所包括的步驟為擠壓聚合物通過一噴絲板，從噴絲板出來的絲通過一個長筒，長絲在長筒內(nèi)有3米或3米以上的距離溫度保持在聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上，然后，匯聚成長絲。
換句話說，該工藝包括的步驟為擠壓聚合物通過噴絲板，置備一個不少于5米長的長筒，用控制上述長筒內(nèi)的溫度從預(yù)定最大值到預(yù)定最小值的方法;使絲通過該區(qū)，然后匯聚成長絲。
為了說明本發(fā)明，請參見本申請優(yōu)選的工藝示意圖，應(yīng)能理解，本發(fā)明不受如圖所示的精確排列及裝置的限制。


圖1為紡絲過程正視2為拉伸過程正視圖下面討論高強度、高初始模量和低收縮拉伸絲及其工藝和紡制這種絲的設(shè)備?！敖z”或“長絲”或“纖維”指的是從一種可熔紡合成有機聚合物制成的任一纖維。這些聚合物可以包括一但不僅僅限于一聚酯和聚酰胺。而本發(fā)明特別與聚酯有關(guān)，例如聚對苯二甲酸乙二酯(PET);PET與聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)的混合物以及PET與多官能單體(例如季戊四醇)交聯(lián)的聚合物。任何上述聚合物都可以包含常用的添加劑。這種絲的特性粘度(I.V.)(對于以PET為基礎(chǔ)的聚合物)可在0.60和0.87之間。然而本發(fā)明并不依賴于聚合物的特性粘度。
圖1對紡絲設(shè)備10進(jìn)行圖解說明，一個用于熔融聚合物切片的常規(guī)擠壓機12通過管道將熔體與一通常的紡絲箱體14相連，在箱體14內(nèi)有一通常的紡絲組件16，組件16可以是環(huán)形式樣，聚合物通過組件中由細(xì)分顆粒組成的濾床進(jìn)行過濾。作為紡絲組件一部分的噴絲板包含在紡絲組件16中(未示出)。聚合物通過組件的流速約為10～55磅/時，其上限55磅是由組件的實際大小決定的，用較大的組件可得到較高的流速。初紡單絲的纖度為3～20(旦/根)。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，單絲纖度為5和13旦/根時，絲的性能和機械質(zhì)量最佳。
當(dāng)纖維離開噴絲板時，也可用一種熱惰性氣體(如空氣)進(jìn)行驟冷。美國專利4，378，325附于本專利申請書中供參考。一般來說，該氣體約為230℃，并以每分鐘6標(biāo)準(zhǔn)立方英尺(scfm)的速度供氣。如果空氣太熱，超過260℃則初紡絲的性能明顯惡化。
緊接在紡絲箱體14下面嚴(yán)密地(氣密的)裝有一根細(xì)長的甬道18，該甬道包含一根長約5米或5米以上的隔熱管。甬道的長度將在下面進(jìn)一步詳細(xì)討論。管的內(nèi)徑(如為12英寸)應(yīng)足以使所有從噴絲板紡出的單根絲通過管子而不受干擾。該甬道裝有若干常用的圈狀加熱器，以便沿管的長度方向控制溫度，甬道的溫度將在下面作更詳細(xì)的討論。甬道最好再分為若干獨立的溫度區(qū)，以便更好地控制溫度，總共分為4～7個區(qū)。甬道18也可以包含一個用來控制甬道內(nèi)溫度的空氣分布器。分布器17的設(shè)計是均勻地將惰性氣體分布在甬道周圍。
甬道18最下端內(nèi)是一多孔截錐形體19，用來減少空氣湍流。錐形體19最好有3英尺長，其上端直徑與管的直徑相同，底端直徑是上端直徑的一半。錐形體19通過由閥門控制的排氣孔21從管的最下端排出空氣，當(dāng)空氣發(fā)生湍流時，絲路中的這一機構(gòu)可使湍流減少或完全避免。
在甬道的最下端，單絲在絲路中匯聚。絲的匯聚是由上油裝置20完成的。這是絲在離開噴絲板后的第一次接觸。
甬道的長度，未匯聚的各根單絲以及甬道內(nèi)空氣的溫度分布對于本發(fā)明特別重要。關(guān)于溫度分布是這樣選擇的，即在甬道的有效長度內(nèi)(如至少3米)。使絲的溫度保持在其玻璃化溫度(Tg)以上。如果在整個甬道長度內(nèi)保持這一溫度，則卷繞絲將是不穩(wěn)定的。因此，實際上甬道內(nèi)溫度降低至Tg以下，以便使絲在卷繞前結(jié)晶結(jié)構(gòu)不致有進(jìn)一步的改變。溫度的分布最好是反應(yīng)管內(nèi)在沒有外熱影響時的溫度分布，然而“沒有外熱”的情況是不實際的，因為有各種變化影響?zhàn)罍囟龋詼囟茸詈每刂茷榫€性分布，就可避免溫度成為影響工藝的變量因素。
甬道內(nèi)空氣溫度用圈式加熱器控制，最好將甬道分成幾個部分，每一部分的空氣溫度控制在一個預(yù)定值。這樣，在整個甬道的長度方向便可有各種不同的溫度。甬道內(nèi)溫度的范圍可高至聚合物的紡絲溫度，或低至聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以下(聚酯的Tg約為80℃)。當(dāng)熔融聚合物擠出噴絲板時，噴絲板的溫度就是聚合物的溫度。當(dāng)然，甬道內(nèi)空氣溫度最好控制在約155℃到50℃。在卷繞速度小于14，000英尺/分時，鄰近噴絲板的第一段最好控制在155℃，而離噴絲板最遠(yuǎn)部分控制在50℃左右。
然而，線性溫度分布并不是導(dǎo)致這里所揭示的良好效果的唯一的溫度分布方式。在卷取(或卷繞)速度大于14，000英尺/分(4，300米/分)時，溫度分布(當(dāng)甬道被分成4個獨立區(qū)時)如下(從噴絲板開始向下)第一區(qū)約為105～110℃;第二區(qū)約為110～115℃;第三區(qū)125～130℃;第四區(qū)115～120℃。
至于甬道的長度，本發(fā)明中甬道最少為5米長(至少有3米長的甬道溫度在玻璃化溫度以上)，這對于單絲的匯聚是必要的。本發(fā)明中適宜的甬道長度為5～9米。上限9米為實用限度，如果空間允許，甬道長度還可以增加。為了優(yōu)化強度性能，甬道長度最好為7米左右。
纖維出紡絲甬道18后匯聚，匯聚由上油裝置來完成。
第一次上油(在上油裝置20處)后，絲被卷繞在一對導(dǎo)輥22上。此后，進(jìn)行第二次上油(在上油裝置23處)。第一次上油是為了減少纖維上產(chǎn)生的靜電。但當(dāng)纖維經(jīng)過導(dǎo)絲輥時，一些油劑往往被甩掉，為此，絲在通過導(dǎo)絲輥后要重新上油。
然后，纖維通過一個通常的有張力控制的卷繞頭24。卷繞速度一般大于3，000米/分(9800英尺/分)，最高速度為5，800米/分(19，000英尺/分)。優(yōu)選范圍為10，500～13，500英尺/分(3200～4，100米/分)，最優(yōu)選范圍為3，200～3，800米/分(10，500～12，500英尺/分)。如速度低于9，800英尺/分(3，000米/分)，則絲的均勻性惡化。
用上述工藝紡制的聚酯初紡絲，一般具有較低的結(jié)晶度和較高的取向度，可以相信，初紡纖維的這些質(zhì)量使達(dá)到下面所討論的良好的拉伸絲性能成為可能。
為了定量的表示聚酯初紡絲的一般性能，小結(jié)晶可用結(jié)晶尺寸(
)來表示，取向度用下列指標(biāo)之一來表示光學(xué)雙折射;無定形雙折射;或結(jié)晶雙折射。此外，聚酯初紡絲用結(jié)晶尺寸和長周期間距(結(jié)晶之間的距離)來表征其特性。從廣義上來說，聚酯初紡絲的特點在于結(jié)晶尺寸小于55
，光學(xué)雙折射大于0.090或無定形雙折射大于0.060，或長周期間距小于300
。可以推薦的聚酯初紡絲的特性為結(jié)晶尺寸為20～55
，光學(xué)雙折射約為0.090～0.140，無定形雙折射約為0.060～0.100，長周期間距約為100～250
。最好推薦的聚酯初紡絲的特性為結(jié)晶尺寸約為43～54
，光學(xué)雙折射約為0.100～0.130，無定形雙折射約為0.060～0.085，長周期間距約為140～200
。
正如在一般工藝技術(shù)中明顯看到的那樣，在最佳卷繞速度范圍內(nèi)，初紡絲的結(jié)晶尺寸是常規(guī)絲結(jié)晶尺寸的1/3，其結(jié)晶尺寸雖然隨速度的增加而增加，但仍保持較低值。初紡絲的無定形取向很高，約為常規(guī)絲的二倍。這種初紡絲具有如此高的取向度和低收縮率，甚至于可以無須任何拉伸。
此外，該聚酯初紡絲具有如下性能結(jié)晶含量(用密度確定的結(jié)晶度水平)為10～43%;絲的強度1.7～5.0克/旦;模量為10～140克/旦/100%;熱空氣收縮5～45%;伸長50～160%。
然后，該初紡絲進(jìn)行拉伸，參看圖2，可用一步或二步拉伸。然而經(jīng)測定，第二步拉伸只產(chǎn)生很小或不產(chǎn)生什么效果。把紡絲操作與拉伸操作直接聯(lián)接是可行的(即紡絲/拉伸工藝)。
初紡纖維可從筒子架30送入喂入輥34，喂入輥可從室溫加熱至約150℃，然后，纖維送至拉伸輥38，后者可從室溫加熱至近255℃，如果不用加熱輥，可用一熱板36，熱板可加熱到180～245℃。熱板36(具有6英寸的彎曲接觸表面)安裝在拉伸區(qū)，亦即在喂入輥34和拉伸輥38之間，拉伸速度為75～300米/分。一般的拉伸比為1.65(適應(yīng)于約為3，800米/分紡制的初紡絲)，能提供最高拉伸強度的最佳喂入輥溫度約是90℃，最佳拉伸輥溫度約為245℃。如果使用熱板，其最佳溫度為240～245℃。拉伸輥的溫度對于熱空氣收縮有一定控制作用。一般來講，要求低收縮率，由于低收縮率可使處理的簾子線得到最佳的耐久性。然而，至少有一種最終用途，即帆布需要拉伸絲有較高的收縮率，這可以通過采用較低的拉伸輥溫度來控制。
基于上述情況，拉伸纖維的性能可以控制如下強度為4.0～10.8克/旦;伸長從7%到80%左右，初始正割模量為60～170克/旦/100%;熱空氣收縮(177℃)為6～15%。股絲纖度125～1100旦/根(后一數(shù)字可通過合股得到)，單絲纖度1.5～6旦/根，這種絲可用于橡膠輪胎的纖維增強。
按上述工藝紡制的聚酯(PET)拉伸絲可得到的初始正割模量可大于150克/旦/100%，并且那些絲的收縮率可小于8%，或強度可大于7.5克/旦。
另一種推薦實例的聚酯拉伸絲的性能如下強度至少為8.5克/旦;初始模量至少為150克/旦/100%;收縮率小于6%。另一種推薦實例的聚酯拉伸絲性能如下強度至少為10克/旦;初始模量至少為120克/旦/100%;收縮率小于6%。還有一種推薦實例的聚酯拉伸絲的性能如下強度為9～9.5克/旦;初始模量為150～158克/旦/100%;收縮率小于7.5%。
按上述工藝紡制的任何拉伸絲，都可用于下列用途輪胎簾子線;縫紉線;帆布;用于路基結(jié)構(gòu)的織物如網(wǎng)、墊或其他土工布用途;工業(yè)用帶;復(fù)合材料;建筑用織物;軟管增強材料;疊層織物;繩纜等等。
對上述本發(fā)明的討論及后面實例所需的關(guān)健性試驗按以下所述的進(jìn)行。
強度，參照ASTMD-2256-80中定義的“斷裂強度”。
初始模量(或“初始正割模量”)，按ASTMD-2256-80，10.3節(jié)中定義。只是代表應(yīng)力一應(yīng)變曲線初始直線部分的線，被規(guī)定為通過應(yīng)力一應(yīng)變曲線上伸長為0.5%和1.0%兩個點的正割線。
所有其他抗拉性能，按ASTMD-2256-80的定義。
收縮率(HAS)規(guī)定為在177±1℃熱空氣環(huán)境中的線性收縮率，按ASTMD-885-85定義。
密度、結(jié)晶尺寸、長周期間距、結(jié)晶雙折射和無定形雙折射都同樣規(guī)定在美國專利4，134，882后面，并附在本專利申請書中供參考。具體地說，上述每一項都可在美國專利4，134，882中查到，其所在范圍、密度第8欄，60行;結(jié)晶尺寸-第9欄，6行;長周期間距-第7欄，62行;結(jié)晶雙折射-第11欄，12行，無定形雙折射-第11欄，27行。
雙折射(光學(xué)雙折射或Δn)見美國專利4，101，525第5欄，4-46行，美國專利4，101，525引入本專利申請書中供參考?！癇iCV”是從測定10根單絲計算出的單絲之間光學(xué)雙折射的變異系數(shù)。
這里其他試驗是用常規(guī)方法完成的。
供參考的實例可以完全說明本發(fā)明。
實例Ⅰ在下列一組實驗中，紡制普通聚酯聚合物(聚對苯二甲酸乙二酯，特性粘度-0.63)，紡絲速度從12，500英尺/分增加到19，000英尺/分。甬道長度6.4米，并分成四個溫度控制區(qū)，通過測量每區(qū)中心接近柱壁處的溫度進(jìn)行溫度控制，聚合物的擠出速度為22.9磅/時，聚合物通過紡絲箱體，在285℃下紡絲，噴絲板為40孔(孔的尺寸0.009英寸×0.013英寸)，纖維不進(jìn)行驟冷，初紡纖維不進(jìn)行拉伸，但進(jìn)行熱定形，結(jié)果列入表1。

實例Ⅱ下列一組實驗中，紡制普通聚酯(聚對苯二甲酸乙二酯，特性粘度-0.63)，甬道溫度按表2規(guī)定的變化(見每一區(qū)中心的空氣溫度)，甬道長6.4米，聚合物擠壓速率為23.1磅/時，以300℃溫度通過紡絲箱體，噴絲板為72孔(孔尺寸0.009英寸×0.012英寸)，纖維不進(jìn)行驟冷，初紡纖維接著進(jìn)行拉伸(按表Ⅱ規(guī)定)，其結(jié)果列于表2。

上述一組實驗(即列入表2的一組實驗)，其中第4，5，6，7代表本發(fā)明。
實例Ⅲ下列一組實驗中，紡制普通聚酯(聚對苯二甲酸乙二酯，特性粘度-0.63)，纖維以10，500英尺/分的速率卷繞，聚合物擠出速率為19.5磅/時，通過72孔的噴絲板(孔尺寸0.009英寸×0.012英寸)紡絲，紡絲箱體溫度為300℃，纖維在每分鐘6.5標(biāo)準(zhǔn)立方英尺流速，232℃的空氣內(nèi)驟冷。甬道長6.4米，分成以下四個空氣溫度分布區(qū)(按下降次序)，各區(qū)中心溫度135℃;111℃;92℃;83℃。初紡絲具有如下性能纖度334旦;強度4.09克/旦;伸長71.7%;初始模量55.0克/旦/100%;熱空氣收縮-350°F時為11.8%;烏斯特值1.10;特性粘度0.647;FOY-0.35%;雙折射110×10-3;結(jié)晶度21.6%。
表3A中表明了拉伸比對拉伸絲性能的影響表3B中表明了加熱方式對拉伸的影響(拉伸比1.65，絲未經(jīng)松弛)。
表3C表明較高的拉伸溫度和拉伸比的作用(喂入輥為室溫，拉
伸輥為240℃)。
實例Ⅳ下列一組實驗，紡制普通聚酯(聚對苯二甲酸乙二酯，特性粘度0.92)，在實驗第1～5中，纖維的紡絲和拉伸均按照下面美國專利4，101，525和4，195，052中的方法。6～9按下述方法以特性粘度為0.92表征分子量的聚酯干燥至含水0.001%或更小，聚合物加熱熔融，在擠壓機中溫度為295℃，用計量泵輸送至紡絲組件，該組件設(shè)計成環(huán)狀的，在這里聚合物通過其中有細(xì)小金屬顆粒組成的濾床進(jìn)行過濾。過濾后的聚合物通過-80孔的噴絲板擠出，每一噴絲孔為直徑0.457mm的圓形截面，孔的毛細(xì)管長度為0.610mm。
一根長9米的隔熱管緊貼著裝在紡絲組件的下面，紡出的復(fù)絲通過管道全長，然后匯聚并開始接觸各導(dǎo)輥表面。為了達(dá)到溫度控制的目的，該管沿長度分成7個區(qū)，各個控制器在每一區(qū)的中心設(shè)定空氣溫度。利用工藝產(chǎn)生的熱與管周圍外部加熱器的熱相配合，各個控制器的設(shè)置要使沿管的縱向向下，達(dá)到空氣溫度均勻分布。在一般情況下，管頂部區(qū)的溫度為155℃，溫度自頂部到底部按均勻的梯度遞減，底部為50℃。
約在管下面10Cm處，絲條開始接觸上油裝置，該上油裝置同時起絲的匯聚導(dǎo)輥作用。絲在這里第一次與外界接觸。在管的出口，由于絲與上油輥相貼，未匯聚絲的橫截面變小，因此，管的出口可采用很小的直徑，這樣可使熱空氣在管內(nèi)的損失降至最小。
絲上油后，卷繞在一對導(dǎo)輥上，然后送至帶張力控制器的卷繞頭，卷繞速度一般為3，200～4，100米/分。
絲的拉伸是在第二階段中進(jìn)行，初紡絲經(jīng)過一組預(yù)拉伸輥到一個溫度設(shè)定在80～150℃的加熱喂入輥，絲在這些輥和一組溫度設(shè)定在180～255℃范圍內(nèi)的拉伸輥之間進(jìn)行拉伸。對于初紡絲一般以3，800米/分的速度和1.65的拉伸比進(jìn)行拉伸，而對樣品絲則分別根據(jù)所需拉伸比的高低，選用較高或較低的拉伸速度。
其結(jié)果列于表4中
實例Ⅴ以特性粘度為0.92表征分子量的聚酯干燥至含水率為0.001%，該聚合物在擠壓機中熔融加熱至295℃，熔體接著由計量泵送至紡絲組件，在細(xì)小金屬顆粒的濾床中過濾后，該聚合物被擠壓通過一80孔的噴絲板，噴絲孔直徑為0.457毫米，毛細(xì)管長0.610毫米，在擠壓過程中測出的聚合物熔體特性粘度為0.84。
擠出的聚合物紡入加熱的長9米的柱形中空圓筒中，管內(nèi)溫度沿長度方向呈近似于線性的分布，頂部區(qū)的中心溫度為155℃，管底部溫度為50℃。復(fù)絲在接觸上油裝置后匯聚在一起，上油裝置在加熱管出口的下面，絲從匯聚點經(jīng)由一對導(dǎo)輥到一有張力控制器的卷繞頭，在這些條件下，四個系列的初紡絲以不同的速度紡絲(卷繞)。這些絲是指表5A中例A～D。
在另外的實驗系列中，加熱管通過取出它的某些可移動部分而被縮短了，表5A中的例E和F是在7米和5米的細(xì)長的甬道中進(jìn)行紡絲的，其他具有不同分子量的聚合物在這一設(shè)備上紡絲得到例G和H，表5A中的例I表明了使用較低甬道溫度的情況，在這種情況下，甬道中溫度降的線性梯度從125℃到50℃。
從系列A到I，所有初紡絲都是采用室溫喂入輥和245℃拉伸輥的一步拉伸工藝。
在另外一試驗系列中，對在例A中所討論的同樣的初紡絲采用不同的喂入輥溫度。表5B中的例A、J和K就是用這些絲試驗所得到的結(jié)果。
實例Ⅵ在下列實驗中，一種普通聚合物耐綸，按本發(fā)明的工藝進(jìn)行紡絲，并與用常規(guī)工藝紡制的耐綸相比較。
用本發(fā)明的工藝按下列條件紡制耐綸，通過量37磅/時;紡絲速度2，362英尺/米;纖度3500旦;單絲根數(shù)68;初紡絲相對粘度3.21(H2SO4)或68.4(甲酸當(dāng)量);驟冷空氣72每分鐘標(biāo)準(zhǔn)立方英尺;卷繞張力80克;甬道長度-24英尺;甬道頂部溫度240℃，底部溫度48℃。這種絲的初紡絲性能如下強度0.95克/旦;伸長235%;強度·
14.6。然后，絲在下列條件下拉伸拉伸比3.03;拉伸溫度90℃，該拉伸絲的性能如下強度6.2克/旦;伸長70%;強度·
-52;10%模量-0.87克/旦;熱空氣收縮(HAS)400°F-1.4%。
一種與之相當(dāng)?shù)哪途]以下列常規(guī)方式紡絲通過量23.4磅/時;紡絲速度843英尺/分;纖度5556旦;單絲根數(shù)180;初紡絲相對粘度3.3(H2SO4)或72.1(甲酸當(dāng)量);驟冷-150每分鐘標(biāo)準(zhǔn)立方英尺。然后，絲在下列條件下拉伸拉伸比2.01;拉伸溫度90℃。該拉伸絲性能如下強度3.8克/旦;伸長-89%;強度·
-33;10%模量0.55克/旦。
另一種與之相當(dāng)?shù)慕z按下列常規(guī)方式紡絲，通過量57.5磅/時;紡絲速度1048英尺/分;纖度12，400旦;單絲根數(shù)-240;初紡絲相對粘度42(甲酸當(dāng)量);驟冷空氣150標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/分。然后，絲在下列條件下拉伸拉伸比3.6;拉伸溫度110℃。拉伸絲的性能如下強度3.6克/旦;伸長70%;強度·
-30.1;10%伸長的模量0.8克/旦;熱空氣收縮率(400°F)-2.0%。
實例Ⅶ在下列實驗中，低特性粘度(例如0.63)和高特性粘度(例如0.92)普通聚酯(聚對苯二甲酸乙二酯)的初紡絲與美國專利4，134，882中所述的初紡絲相比較。例1～8是低特性粘度的聚酯(聚對苯二甲酸乙二酯)，是用實例I規(guī)定的方法紡制的。例9～11為高特性粘度，聚酯(聚對苯二甲酸乙二酯)，是按實例Ⅴ規(guī)定的方法紡制的，例12～17與美國專利4，134，882的例1，5，12，17，36和20相一致。
對每一實例，其紡絲速度(英尺/分);密度(克/毫升)，結(jié)晶尺寸(
，010)，長周期間距(LPS)，雙折射(biref.)，結(jié)晶雙折射和無定形雙折射均已給出，其結(jié)果列于表7。
本發(fā)明在不改變其精神或必要的特征情況下，可以用另外的方式加以應(yīng)用，因此，如本發(fā)明應(yīng)用范圍所示，須參看隨同本專利申請附帶提出的要求，而不以上文所作的闡述為限。
權(quán)利要求
1.一種用于紡制一種有機合成可熔紡聚合物的工藝，由以下工序組成擠壓聚合物通過一噴絲板；從噴絲板紡出的長絲通過一長形甬道；在該甬道內(nèi)約3米或3米以上的長度范圍內(nèi)把長絲保持在該聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上；然后匯聚成股。
2.按照權(quán)利要求1的工藝，進(jìn)一步包括的工序為絲匯聚后進(jìn)行卷繞。
3.按照權(quán)利要求1的工藝，進(jìn)一步包括的工序為從噴絲板紡出的長絲，單絲纖度為3～20旦/根。
4.按照權(quán)利要求1的工藝，進(jìn)一步包括的工序為當(dāng)長絲離開噴絲板時，以熱氣體驟冷絲。
5.按照權(quán)利要求4的工藝，進(jìn)一步包括的工序為用溫度不高于260℃的熱氣體驟冷長絲。
6.按照權(quán)利要求5的工藝，進(jìn)一步包括的工序為用230℃的熱氣體驟冷長絲。
7.按照權(quán)利要求1的工藝，進(jìn)一步包括的工序為從噴絲板紡出的絲通過一長形甬道，該甬道至少具有5米長，筒內(nèi)全長溫度控制從最高的聚合物紡絲溫度到最低的室內(nèi)溫度。
8.按照權(quán)利要求7的工藝，進(jìn)一步包括的工序為從噴絲板紡出的絲通過上述長形甬道，控制甬道內(nèi)溫度從鄰近噴絲板的155℃到距噴絲板最遠(yuǎn)的50℃。
9.按照權(quán)利要求8的工藝，進(jìn)一步包括的工序為從噴絲板紡出的絲通過上述長形甬道，控制甬道內(nèi)溫度從鄰近噴絲板的155℃到距噴絲板最遠(yuǎn)的50℃，溫度在上述鄰近點和上述遠(yuǎn)側(cè)點之間以一般的線性方式遞減。
10.按照權(quán)利要求1的工藝，進(jìn)一步包括的工序為從噴絲板紡出的絲通過長度約5～10米的長形甬道。
11.按照權(quán)利要求2的工藝，進(jìn)一步包括的工序為以至少5000英尺/分的速率卷繞長絲。
12.按照權(quán)利要求2的工藝，進(jìn)一步包括的工序為以約5000～19，000英尺/分的速率卷繞長絲。
13.按照權(quán)利要求2的工藝，進(jìn)一步包括的工序為以約10，500～13，500英尺/分的速率卷繞長絲。
14.按照權(quán)利要求2的工藝，進(jìn)一步包括的工序為從噴絲板紡出的絲通過上述分成四個部分的長形甬道后，以高于14，000英尺/分的速度卷繞長絲，在上述甬道內(nèi)，緊鄰噴絲板的第一部分溫度約為105～110℃;緊鄰第一區(qū)的第二部分的溫度約為110～115℃;緊鄰第二區(qū)的第三部分的溫度約為125～130℃;緊鄰第三區(qū)的第四部分的溫度約為115～120℃。
15.一種用于紡制一種有機合成可熔紡聚合物的工藝，包括的工序為擠壓聚合物通過一長絲成形機構(gòu);提供一個長度至少為5米的長形甬道;從上述長絲成形機構(gòu)出來的絲通過上述甬道;然后匯聚成股。
16.一種用于紡制一種有機合成可熔紡聚合物的工藝，包括的工序為擠壓聚合物通過一套長絲成形機構(gòu);提供一個具有溫度控制裝置的長形甬道，在上述甬道內(nèi)，溫度從一預(yù)定最高值到一預(yù)定最低值;從上述長絲成形機構(gòu)出來的絲通過上述甬道;然后匯聚成股。
全文摘要
一種用于紡制有機合成可熔紡聚合物的工藝，該工藝包括的工序為擠壓聚合物通過噴絲板；從噴絲板紡出的絲通過一長形甬道；在該甬道內(nèi)，保持絲的溫度在聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上；然后匯聚成股。
文檔編號D01D5/092GK1056541SQ9110304
公開日1991年11月27日 申請日期1991年5月10日 優(yōu)先權(quán)日1990年5月11日
發(fā)明者荷米斯·F·斯蒙絲, 羅納德·L·格里非斯 申請人:赫希斯特人造絲公司