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生產(chǎn)聚合物長絲的方法

文檔序號:1705581閱讀:265來源:國知局
專利名稱:生產(chǎn)聚合物長絲的方法
背景技術(shù)
1.發(fā)明領(lǐng)域
本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)具有低旦尼爾分布偏差的諸如聚酯長絲的聚合物長絲的方法。本發(fā)明還涉及用所述長絲生產(chǎn)的紗線和其他制品。
2.相關(guān)技術(shù)的說明
很多合成聚合物長絲,如聚酯是熔紡而成的,即它們是用加熱的聚合物熔體擠壓而成。熔紡聚合物長絲是通過使用具有數(shù)量從大約10個到大約300個不等的多個毛細(xì)孔的噴絲頭擠壓諸如聚對苯二甲酸乙二醇酯和相關(guān)地聚酯的熔融聚合物而生產(chǎn)的。所述長絲從噴絲頭中排出,然后在冷卻區(qū)冷卻。熔融聚合物的冷卻(淬火)和隨后固化的細(xì)節(jié),對紡成的長絲的品質(zhì)具有明顯影響,這種影響表現(xiàn)在旦尼爾分布偏差和長絲間的均勻度方面。
淬火方法包括橫流、徑向和氣動淬火。橫流淬火包括從剛擠出的長絲陣列一側(cè)吹送橫向通過這些長絲的冷卻氣體。橫流淬火被很多纖維生產(chǎn)企業(yè)所普遍接受,因?yàn)槿藗兿嘈拧皺M流淬火”提供了可以吹送所必需的提高速度或產(chǎn)量的較大數(shù)量的冷卻氣體的最佳方式而提高了拉絲輥速度(又被稱為“拉出速度”,并且有時候被稱為紡絲速度)。
另一種類型的淬火被稱為“徑向淬火”,并且業(yè)已被用于某些聚合物長絲的商業(yè)化生產(chǎn),例如,Knox在US4156071中所披露的,以及由Collins等在US5250245和5288553中所披露的。在這種類型的“徑向淬火”中,引導(dǎo)冷卻氣體向內(nèi)通過環(huán)繞剛擠出的長絲陣列的淬火篩網(wǎng)系統(tǒng)。所述冷卻氣體通常通過與長絲一起向下傳遞的方式離開該淬火系統(tǒng),從該淬火裝置中排出。盡管對于圓形陣列的長絲來說,術(shù)語“徑向淬火”是合適的,不過,如果長絲陣列不是圓形的,而是例如,矩形、橢圓形或其他形狀,同樣的系統(tǒng)可以與相應(yīng)的形狀的周圍篩網(wǎng)系統(tǒng)一起以基本上相似的方式工作,該周圍篩網(wǎng)系統(tǒng)能向內(nèi)朝向該長絲陣列引導(dǎo)冷卻氣體。
在二十世紀(jì)八十年代,Vassilatos和Sze在高速紡聚合物長絲方面取得了顯著進(jìn)步,并且在US4687610;4691003;5034182;5141700;和更近一些的5824248和于1998年10月16日申請的待批申請09/174194和2000年4月12日申請的09/547854中披露了這些改進(jìn)以及所生產(chǎn)的改良的長絲。這些專利披露了氣體管理技術(shù),從而氣體環(huán)繞剛擠出的長絲周圍以控制長絲的溫度和變細(xì)型面。這種類型的淬火系統(tǒng)和方法被稱為氣動淬火或紡絲。其他氣動淬火方法包括披露于US5976431中的方法。氣動紡絲是這樣一種方法,它不僅對熔融長絲進(jìn)行淬火,而且還能降低拉絲的線性張力,從而提供更好的可生產(chǎn)性和可加工性。在氣動紡絲中,沿相同方向運(yùn)動的冷卻氣體和長絲通過一個導(dǎo)管,其中,運(yùn)動速度是通過卷繞輥控制的。所述張力和溫度是通過氣體流量、控制氣體速度的所述導(dǎo)管的直徑或截面、以及所述導(dǎo)管的長度控制的。可以在沿導(dǎo)管長度方向的一個或多個位置上導(dǎo)入冷卻氣體。氣動淬火可以使紡絲速度超過大約5000mpm。
業(yè)已發(fā)現(xiàn),對于某些類型的通過某些氣動淬火系統(tǒng)冷卻的聚合物長絲來說,隨著長絲旦尼爾的增加,該長絲的產(chǎn)量和可加工性降低,因?yàn)樘岣吡怂a(chǎn)長絲的旦尼爾分布偏差。所述提高了的旦尼爾分布偏差被認(rèn)為至少部分由于增加的氣體紊流所致,這種紊流是由于冷卻該氣動淬火系統(tǒng)中的較大的長絲所需要的氣體量的增加而引起的,這樣提高了所述長絲的不均勻性。
因此,需要一種用于生產(chǎn)具有低旦尼爾分布偏差,并因此具有改良的特性的熔紡長絲的方法,最好為高速方法。
本發(fā)明概述
根據(jù)上述需要,提供了一種用于紡聚合物長絲的熔紡方法,包括讓由一種或多種鏈支化劑組成的聚合物的聚合物熔體通過噴絲頭,以便形成聚合物長絲,讓所述長絲通過一個氣動淬火區(qū),其中,向所述長絲提供冷卻氣體,以便冷卻所述長絲,其中,引導(dǎo)所述冷卻氣體沿與長絲運(yùn)動方向相同的方向運(yùn)動。
根據(jù)上述需要,還提供了一種用于紡聚合物長絲的熔紡方法,包括讓一種聚合物的聚合物熔體通過一個噴絲頭,形成每根長絲的旦尼爾高于大約4的聚合物長絲,讓所述長絲通過一個淬火區(qū),其中,給所述長絲提供冷卻氣體以便冷卻所述長絲,其中,引導(dǎo)所述冷卻氣體沿與長絲運(yùn)動方向相同的方向運(yùn)動并加速,從而使由所生產(chǎn)的長絲形成的紗線的旦尼爾分布偏差低于2。
根據(jù)上述需要,還提供了一種用于生產(chǎn)旦尼爾分布偏差低于大約2的聚合物長絲的熔紡方法,包括讓一種實(shí)驗(yàn)室相對粘度高于22.5的聚合物的聚合物熔體通過一個噴絲頭,以形成聚合物長絲,讓所述長絲通過一個淬火區(qū),其中,給所述長絲提供冷卻氣體以便冷卻所述長絲,其中,引導(dǎo)所述冷卻氣體沿與長絲運(yùn)動方向相同的方向運(yùn)動并加速。
根據(jù)上述需要,還提供了一種生產(chǎn)旦尼爾分布偏差低于大約2%的聚酯紗線的方法,包括用一種實(shí)驗(yàn)室相對粘度高于22.5的聚酯形成的長絲,并將所述長絲制成紗線。
還提供了用上述方法生產(chǎn)的長絲、紗線和其他制品。
通過以下詳細(xì)說明,可以理解本發(fā)明的其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。
根據(jù)上述需要,提供了一種用于紡聚合物長絲的熔紡方法,包括讓由一種或多種鏈支化劑組成的聚合物的聚合物熔體通過噴絲頭,以便形成聚合物長絲,讓所述長絲通過一個氣動淬火區(qū),其中,向所述長絲提供冷卻氣體,以便冷卻所述長絲,其中,引導(dǎo)所述冷卻氣體沿與長絲運(yùn)動方向相同的方向運(yùn)動。
根據(jù)上述需要,還提供了一種用于紡聚合物長絲的熔紡方法,包括讓一種聚合物的聚合物熔體通過一個噴絲頭,形成每根長絲的旦尼爾高于大約4的聚合物長絲,讓所述長絲通過一個淬火區(qū),其中,給所述長絲提供冷卻氣體以便冷卻所述長絲,其中,引導(dǎo)所述冷卻氣體沿與長絲運(yùn)動方向相同的方向運(yùn)動并加速,從而使由所生產(chǎn)的長絲形成的紗線的旦尼爾分布偏差低于2。
根據(jù)上述需要,還提供了一種用于生產(chǎn)旦尼爾分布偏差低于大約2的聚合物長絲的熔紡方法,包括讓一種實(shí)驗(yàn)室相對粘度高于22.5的聚合物的聚合物熔體通過一個噴絲頭,以形成聚合物長絲,讓所述長絲通過一個淬火區(qū),其中,給所述長絲陣列提供冷卻氣體以便冷卻所述長絲,其中,引導(dǎo)所述冷卻氣體沿與長絲運(yùn)動方向相同的方向運(yùn)動并加速。
根據(jù)上述需要,還提供了一種生產(chǎn)旦尼爾分布偏差低于大約2%的聚酯紗線的方法,包括用一種實(shí)驗(yàn)室相對粘度高于22.5的聚酯形成長絲,并將所述長絲制成紗線。
還提供了用上述方法生產(chǎn)的長絲、紗線和其他制品。
通過以下詳細(xì)說明,可以理解本發(fā)明的其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。
附圖的簡要說明


圖1是可用于本發(fā)明中的一級氣動淬火系統(tǒng)的示意圖2是可用于本發(fā)明中的二級氣動淬火系統(tǒng)的示意圖3是表示127旦-34長絲的旦尼爾分布偏差(DVA)和相對粘度(LRV)之間的關(guān)系的曲線圖,所述長絲是具有圓形截面的DMT聚對苯二甲酸乙二醇酯聚合物;和
圖4是表示265旦-34長絲的旦尼爾分布偏差(DVA)和相對粘度(LRV)之間的關(guān)系的曲線圖,所述長絲是具有圓形截面的DMT聚對苯二甲酸乙二醇酯聚合物。
本發(fā)明的詳細(xì)說明
本發(fā)明涉及一種通過氣動紡絲,生產(chǎn)具有低旦尼爾分布偏差的熔紡聚合物長絲的方法。本發(fā)明還涉及通過本發(fā)明方法所生產(chǎn)的具有低旦尼爾分布偏差的熔紡聚合物長絲。
本發(fā)明人業(yè)已發(fā)現(xiàn),提高待紡的聚合物的粘度能降低所生產(chǎn)的長絲的旦尼爾分布偏差,從而克服其他工藝中所存在的高旦尼爾分布偏差的問題。
本文所使用的術(shù)語“長絲”被一般性使用,包括切斷的纖維(通常稱之為短纖維),不過,合成聚合物通常最初是以連續(xù)聚合物長絲形式制備的,因?yàn)檫@種長絲是熔紡(擠壓)而成的。將一組長絲組合在一起,以便形成紗線。本發(fā)明的方法可用于生產(chǎn)任何類型的紗線,如全牽伸紗線、部分定向紗線(POY)或短纖維。所生產(chǎn)的紗線優(yōu)選是部分定向的,以便隨后通過本領(lǐng)域公知方法進(jìn)行構(gòu)造??梢圆捎萌魏卫硐氲臉?gòu)造方法,包括假捻構(gòu)造、噴氣構(gòu)造和牽伸構(gòu)造。
所生產(chǎn)的長絲可以具有任何需要的截面形狀,包括圓形、橢圓形、三葉形和成扇形的橢圓形。任何可以熔紡的聚合物都可用于本發(fā)明;包括聚酯、聚烯烴。所述聚合物優(yōu)選是聚酯。所述聚酯可以是均聚物、共聚物、聚酯組合物、雙成分或鏈支化聚酯。有用的聚酯包括聚對苯二甲酸乙二醇酯(“2-GT”)、聚對苯二甲酸亞丙基酯或聚對苯二甲酸亞丙基酯(“3-GT”)、聚對苯二甲酸亞丁基酯(“4-GT”)、聚萘乙二醇酯、聚對苯二甲酸(亞環(huán)己基二亞甲基)酯、聚(交酯)、聚(壬二酸乙二醇酯)、聚(對苯二甲酸亞丁基酯)、聚[(2,7-萘)乙二醇酯]、聚(乙醇酸)、聚(琥珀酸乙二醇酯)、聚(己二酸乙二醇酯)、聚(癸二酸乙二醇酯)、聚(癸二酸乙二醇酯)、聚(己二酸亞癸甲基酯)、聚(癸二酸亞癸甲基酯)、聚(α,α-二甲基丙內(nèi)酯)、聚(對羥基苯甲酸酯)(akono)、聚(羥基苯甲酸乙二醇酯)、聚(間苯二甲酸乙二醇酯)、聚(對苯二甲酸亞四甲基酯)、聚(對苯二甲酸亞六甲基酯)、聚(對苯二甲酸亞癸甲基酯)、聚(對苯二甲酸1,4環(huán)己烷亞二甲基酯)(反式)、聚(1,5-萘乙二醇酯)、聚(2,6-萘乙二醇酯)、聚(對苯二甲酸亞1,4-環(huán)己基亞二甲基酯)(順式)和聚(對苯二甲酸亞1,4-環(huán)己基亞二甲基酯)(反式)。生產(chǎn)用于本發(fā)明的聚合物的方法為本領(lǐng)域所公知,并且可以包括使用本領(lǐng)域所公知的催化劑、助催化劑、和鏈支化劑,以便生產(chǎn)所述共聚物和三元聚合物。
例如,合適的聚酯可以含有大約1-3摩爾%的亞乙基-M-磺基-間苯二酸結(jié)構(gòu)單位,其中,M是堿金屬陽離子,正如在US5288553中所披露的;或者含有0.5-5摩爾%的5磺基-間苯二酸的乙醇酸鋰鹽,正如在US5607765中所披露的。本發(fā)明的長絲還可以用上述任意兩種聚合物生產(chǎn),以便制成并排陣列或鞘-芯陣列的所謂“雙組分”長絲。特別有用的是聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)。PET可以通過下面所披露的DMT或TPA方法制備。還可以使用將要在下面詳細(xì)介紹的鏈支化聚合物。
本發(fā)明的方法能生產(chǎn)出有用的旦尼爾分布偏差的紗線。旦尼爾分布偏差(DVA)是紗線端值旦尼爾變動的指標(biāo),它是通過計算沿紗線在規(guī)則的間隔上質(zhì)量的變動而得出的。旦尼爾變動是通過讓紗線通過一個電容器槽而測定的,該電容器槽能對該槽中的瞬時質(zhì)量作出反應(yīng)。將測試樣品通過電子方式劃分成8個30米長的小段,每隔0.5米測定一次。將所述8個小段的每一個上的最大和最小測定質(zhì)量之間的差異加以平均。將旦尼爾分布偏差記為%DVA,它是所述平均差異除以沿著所述紗線的整個240米長度上的平均質(zhì)量的百分比。測定可以是在購自Lenzing Technik(Lenzing,奧地利N-4860)的ACW400/DVA(自動切割和稱重/旦尼爾變動裝置)儀器上進(jìn)行的。
低旦尼爾分布偏差是理想的,因?yàn)殚L絲的不均勻性會在長絲的下游加工中造成問題。另外,低旦尼爾分布偏差可以獲得高的構(gòu)造速度、著色均勻度、和由所述長絲制成的織物的脹量或覆蓋均勻。本發(fā)明提供的紗線的DVA可以低于大約2.0,優(yōu)選低于大約1.5,更優(yōu)選低于大約1.2,最優(yōu)選低于大約1.0。如圖3和4所示,在保持其他條件不變的條件下,dpf(每根長絲的旦尼爾數(shù))越低,可以獲得的旦尼爾分布偏差就越低。
所述紗線可以用任何需要數(shù)量的長絲制成。如果dpf高于5,所述紗線優(yōu)選由大約5-大約200根長絲組成,更優(yōu)選大約8-大約100根長絲,最優(yōu)選大約10-大約70根長絲。
在本發(fā)明的某些實(shí)施方案中,所述長絲的dpf高于大約3.4,優(yōu)選在大約3.5-大約15.0的范圍內(nèi),更優(yōu)選大約4.0-大約12,最優(yōu)選大約5.0-大約9.0dpf。不過,本發(fā)明不僅涉及降低高旦尼爾長絲紗線的旦尼爾分布偏差,而且還涉及降低低旦尼爾長絲紗線的旦尼爾分布偏差,例如,dpf低于大約3.5,低于大約2.0,或者低于大約1.0的長絲紗線,可能已經(jīng)具備了可以接受的旦尼爾分布偏差。無論所述dpf是多少,通過適當(dāng)選擇諸如速度和聚合物粘度的加工條件,可以獲得上述整個范圍的DVA。
本發(fā)明人業(yè)已發(fā)現(xiàn),旦尼爾分布偏差與聚合物的粘度相關(guān)。正如在實(shí)施例中所披露的以及在圖3和4中所示出的,隨著相對粘度的提高,聚合物長絲的旦尼爾分布偏差降低。因此,應(yīng)當(dāng)選擇具有足夠高LRV的聚合物,以便提供可接受的DVA。可以用任何理想方法提高熔體的粘度,如使用鏈支化劑生產(chǎn)所述聚合物,或者采用本領(lǐng)域所公知的其他聚合技術(shù)生產(chǎn)具有較高粘度的原始聚合物,如進(jìn)一步聚合,以便增加聚合物鏈長。
另外,正如在例2中所披露的,氣動紡絲和鏈支化劑的使用能在降低旦尼爾分布偏差方面產(chǎn)生協(xié)同作用,同時又可以使用高的速度,從而提高了產(chǎn)量。因此,本發(fā)明還涉及通過添加鏈支化劑和氣動紡長絲的方式提高聚合物長絲的生產(chǎn)產(chǎn)量。
任何能提高聚合物熔體粘度,以便提供需要的旦尼爾分布偏差的鏈支化劑都可以使用。所述鏈支化劑可以在原始聚合物形成期間或之后添加,以便將粘度提高到理想水平。鏈支化劑是能夠與單體或聚合物起反應(yīng)以便提高聚合物粘度的任何制劑。它們通常是多功能化合物,含有3個或3個以上的官能團(tuán),如羥基、羧基或酯基。合適的鏈支化劑包括偏苯三酸三甲酯、季戊四醇、三聚酸、苯六甲酸、三羥甲基丙烷、三羥甲基乙烷、甘油、苯均三酸及其三功能酯、三羥甲基丙烷、硅酸四乙基酯、苯均四酸、間苯三酚、偏三羥基苯,和本領(lǐng)域已知的其他鏈支化劑。優(yōu)選的鏈支化劑是這樣的支化劑在加工和聚合期間,以單體形式具有足夠的穩(wěn)定性,而在成型、紡絲和進(jìn)一步加工期間以聚合物形式具有足夠的穩(wěn)定性。有關(guān)有用的鏈支化劑的說明可以參見US3576773;4092299;4113704;4945151;5034174和5376735,以及Journal of Applied Poly.Science(Vol.74pp.728-734,1999),以上所有文獻(xiàn)都被收作本文參考。所述支鏈-聚合物可以通過本領(lǐng)域已知技術(shù)制備。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方案中,所述鏈支化劑包括偏苯三酸三甲酯。
在本發(fā)明的實(shí)施方案中,其中,所述聚合物長絲是聚對苯二甲酸乙二醇酯聚酯,所述長絲可以是通過本領(lǐng)域已知的任何合適的合成途徑制備的。具體地講,所述長絲可以通過用于制備聚對苯二甲酸乙二醇酯聚酯的兩種主要合成途徑中的任一種制備,這兩種途徑是(1)“DMT”,聚對苯二甲酸二甲酯與乙二醇的酯交換,和(2)“TPA”,聚對苯二甲酸與乙二醇的反應(yīng)。本領(lǐng)域已知的任何合適的鏈支化劑都可應(yīng)用于任何一種合成途徑中。在不添加鏈支化劑的條件下,DMT聚合物通常具有適當(dāng)高的粘度,因?yàn)镈MT工藝所固有的不純性產(chǎn)生了分支,從而提高了粘度。本發(fā)明的鏈支化劑是添加到所述工藝中的額外功能化合物,而不是DMT或TPA方法所固有的功能化合物。在一種優(yōu)選實(shí)施方案中,其中所述鏈支化劑是偏苯三酸三甲酯,所述聚對苯二甲酸乙二醇酯可以通過DMT或TPA途徑中的任意一種制備。
可以將任何合適量的鏈支化劑用于在本發(fā)明中使用的聚合物中。合適的用量是能將所述化合物的相對粘度有效提高到相應(yīng)于希望的旦尼爾分布偏差的相對粘度的用量。所述用量受長絲dpf、以及聚合物類型;和諸如紡絲速度的工藝參數(shù)的影響。例如,如果圖3中所示的長絲需要大約1.0%的旦尼爾分布偏差的話,所述鏈支化劑的有效用量就是能將聚合物長絲的相對粘度提高到大約23.3LRV的用量。例如,可以使用大約100-10000ppm的交聯(lián)劑。在一種優(yōu)選實(shí)施方案中,其中,所述鏈支化劑是偏苯三酸三甲酯,所述聚合物是以每克聚合物大約0.085-0.23%重量百分比的偏苯三酸三甲酯(以聚合物的重量為基礎(chǔ))或每克聚合物大約3.4-9.1微當(dāng)量的交聯(lián)劑進(jìn)行聚合的。
如果選擇具有足夠高的LRV的聚合物,并且制備具有足夠低的dpf的長絲以便獲得合適的DVA,就不再需要鏈支化劑。所述聚合物無論是或者不是鏈支化的,它的LRV優(yōu)選高于大約22.0,或高于大約22.5或高于大約23.0,以便提供需要的旦尼爾分布偏差。
在本發(fā)明的方法中,使用已知技術(shù)通過噴絲頭對所述聚合物進(jìn)行熔紡。然后通過氣動方法將紡成的長絲淬火。一般,氣動淬火包括提供特定體積的冷卻氣體以便冷卻所述聚合物長絲。任何氣體都可以用作冷卻介質(zhì)。所述冷卻氣體優(yōu)選是空氣,因?yàn)榭諝饪梢苑奖愕孬@得,不過,如果因?yàn)樗鼍酆衔镩L絲的敏感性質(zhì),特別是熱的剛擠出的長絲的需要的話,還可以使用其他氣體,例如蒸汽或惰性氣體,如氮?dú)狻?br> 在氣動紡絲中,所述冷卻氣體和長絲從一個導(dǎo)管中通過,其中,其通過速度是由一個卷繞輥控制的。其張力和溫度是通過氣體流量、控制氣體速度的導(dǎo)管的直徑或截面、以及導(dǎo)管的長度控制的??梢栽谘厮鰧?dǎo)管方向上的一個或多個位置上導(dǎo)入冷卻氣體。優(yōu)選通過采用收縮形或錐形截面或通過采用具有有限體積的導(dǎo)管對冷卻氣體進(jìn)行加速,使其通過或排出所述淬火區(qū)。
氣動淬火可以使紡絲速度超過大約3000mpm,例如,高于4000mpm,或高于5000mpm??梢允褂玫暮线m的氣動紡絲方法和系統(tǒng)的例子披露于申請日為2000年4月12日的被收作本文參考的US5824248(`248號專利),和同樣被收作本文參考的美國專利申請系列號09/547854中。披露于背景部分的任何氣動方法都可以使用。優(yōu)選的實(shí)施方案包括披露于`248號專利中的一級方法和披露于09/547854中的二級方法。典型的一級方法如圖1所示,典型的二級方法如圖2所示。
盡管圖1和2中的裝置是環(huán)形的,但也可以將其改變成其他形狀。如圖1所示,一級氣動淬火裝置包括一個筒狀外殼50,由它形成一個環(huán)形腔室52,通過一個設(shè)置在外殼50的筒形外壁51上的入口導(dǎo)管54向該腔室52中吹送壓縮冷卻氣體。環(huán)形腔室52具有一個在環(huán)形腔室52底部與筒形內(nèi)壁66連接的環(huán)形底板53,該底板位于筒形淬火篩網(wǎng)系統(tǒng)55的下面,該系統(tǒng)55構(gòu)成了環(huán)形腔室52上部的內(nèi)表面,壓縮冷卻氣體通過該篩網(wǎng)系統(tǒng)徑向向內(nèi)吹送,從環(huán)形腔室52進(jìn)入位于噴絲頭表面17下面的區(qū)域18,剛從加熱的噴絲頭組件16中通過噴絲頭表面17上的孔(未示出)中由加熱的熔體擠出的仍然是熔融狀態(tài)的一束長絲20從該區(qū)18通過,該噴絲頭表面17位于外殼50的中央,并且從表面16a(噴絲頭組件16的表面)凹陷,使外殼50貼在它上面。通過由環(huán)繞長絲的內(nèi)壁66形成管的長絲20繼續(xù)從區(qū)域18流出所述淬火系統(tǒng),向下到達(dá)拉伸輥34,拉伸輥的表面速度被稱為長絲20的拉出速度。
從筒狀淬火系統(tǒng)55向下行進(jìn),所述長絲可以有效通過具有與筒狀淬火系統(tǒng)55相同內(nèi)徑的短管71,并且優(yōu)選通過一個錐形部分72,然后進(jìn)入一個具有較小內(nèi)徑的管73,并且延伸到外殼50底部53的下面??梢愿淖兝鋮s氣體和長絲的相對速度,以便產(chǎn)生需要的結(jié)果。長絲20在離開管73之前優(yōu)選業(yè)已變硬,在這種情況下,當(dāng)長絲離開管73時,其速度就已經(jīng)與拉伸輥34的拉出速度相同。
為所述管提供一個錐形入口72是一種選擇性方案,不過,這是一種優(yōu)選方案。相信為所述管提供合適的錐形入口,能夠?qū)⒗鋮s氣體平緩加速,并且可以降低紊流。在所述管上采用了錐形入口,錐角為30°、45°和60°,最佳錐角取決于多種因素的組合。業(yè)已發(fā)現(xiàn)直徑為大約1英寸(2.5厘米)的管在實(shí)踐中非常實(shí)用。直徑大約為1.25英寸(3.2厘米)的管也已經(jīng)被成功地應(yīng)用。所述管的頂部優(yōu)選不要距離噴絲頭太遠(yuǎn)。所述管的頂部應(yīng)當(dāng)距離所述管的項部大約80厘米或更少,并且優(yōu)選不超過大約64厘米。
具有有限尺寸的管73的形狀不僅需要具有圓形截面,而且還可以改變,特別是當(dāng)擠壓非圓形陣列的長絲時尤其如此。因此,舉例來說,可以使用具有矩形、方形、橢圓形或其他截面形狀的管。
在圖1中示出了以下尺寸
A-淬火延遲高度,噴絲頭表面17位于表面16a上方的高度;
B-淬火篩網(wǎng)高度,筒狀淬火篩網(wǎng)系統(tǒng)55的高度(從表面16a延伸到內(nèi)壁66的頂部);和
C1-連接管高度,短管71的高度;
C2-連接錐體高度,錐形部分72的高度;
C3-管高度,具有限定直徑的管73的高度,它能導(dǎo)致冷卻氣體加速離開區(qū)域18。
在圖1中,長絲20在離開淬火系統(tǒng)之后,連續(xù)向下到達(dá)驅(qū)動輥34,該驅(qū)動輥沿長絲的路徑從加熱的噴絲頭中拉伸長絲20,因此長絲在輥34上的速度與驅(qū)動輥34的表面速度相同(不考慮滑動),該速度被稱為拉出速度。按照傳統(tǒng)做法(不過在附圖中沒有示出)在固體長絲20到達(dá)驅(qū)動輥34之前通常要在它上面涂修飾劑。
如圖2所示,所述氣動淬火系統(tǒng)可以包括兩級,例如,在兩個位置向所述長絲中導(dǎo)入氣體,一個收縮部分116用于加速空氣,和管119上的一個收縮/發(fā)散部分。第一級腔室105和第二級腔室106分別設(shè)置在外殼107的筒狀內(nèi)壁上。第一級腔室105適于位于噴絲頭113下面,并且向長絲114輸送氣體,以便控制長絲114的溫度。第二級腔室106位于第一級氣體入口108和位于第一個氣體流入口108下面的管119之間,以便在長絲114冷卻時環(huán)繞在長絲114周圍。由連接在筒狀內(nèi)壁103的第一級腔室105下部的環(huán)形板102分隔第一級腔室105和第二級腔室106。
由第一級氣體入口108向第一級腔室105輸送氣體。類似地,由第二級氣體入口109向第二級腔室106輸送氣體。應(yīng)當(dāng)注意的是,可以由一個氣體入口向一個或多個腔室輸送氣體;并且氣體入口的數(shù)量可以改變,以便靈活控制氣體流量。可以通過分別由入口108和109輸送壓縮冷卻氣體,獨(dú)立控制流向每一級的冷卻氣體。
包括一個或多個部件,優(yōu)選包括一個筒狀多孔的管和絲網(wǎng)管的筒狀淬火篩網(wǎng)組件111位于第一級腔室105的中央?!岸嗫椎墓堋笔且环N用于將氣體流徑向分布到一級中的裝置。壓縮冷卻氣體由第一級入口108向內(nèi)吹送,通過第一級腔室105,并且通過筒狀淬火篩網(wǎng)組件111進(jìn)入在噴絲頭113下面的筒狀淬火篩網(wǎng)組件111的筒狀壁的內(nèi)部形成的區(qū)域112。一束熔融長絲114在通過噴絲頭孔(未示出)擠出之后,從區(qū)域112中通過,在這里長絲114開始冷卻。一個內(nèi)壁103位于筒狀淬火篩網(wǎng)組件111下面,并且位于第一級氣體入口108和第二級氣體入口109之間。在外殼107內(nèi)部形成第一級收縮部分116,更具體地講,在內(nèi)壁103的內(nèi)壁,在第一級氣體入口108和第二級氣體入口109之間形成該收縮部分。所述收縮部分可以位于該裝置的任何部分,以便能加快氣體的速度。所述收縮部分可以在所述管上向上或向下移動,以便獲得需要的氣體控制。可以存在一個或多個這樣的收縮部分。在長絲114與第一級冷卻氣體通過第一級收縮部分116前長絲114從區(qū)域112通過內(nèi)壁103的短的管狀部分連續(xù)離開該淬火系統(tǒng)的第一級,冷卻氣體沿長絲運(yùn)動方向加速運(yùn)動,同時將長絲114連續(xù)冷卻。
將一個筒狀多孔的管117設(shè)置在第一級收縮部分116下面,并且位于第一級氣體入口108和第二級氣體入口109之間。筒狀多孔的管117位于第二級腔室106的中央。不過,多孔的管117可以位于需要的位置上,以便為長絲提供需要的氣體,例如,位于第二級氣體入口下面。筒狀內(nèi)壁118位于筒狀多孔的管117下面。通過強(qiáng)制氣體通過筒狀多孔的管117,由第二級輸送入口109提供第二個冷卻氣體源。在第一級收縮部分116和第二級收縮部分126之間有一個由收縮部分116的內(nèi)壁形成的管狀部分125,其入口直徑為D3,出口直徑為D4,高度為L2。所述管狀部分125和收縮部分116可以作為整體部件成型或者作為通過諸如螺紋的方式連接在一起的獨(dú)立部件成型。
所述管狀部分125可以如圖2所示是垂直的,或者是錐形的。直徑D2與D4的比例通常為D4/D2<0.75,并且優(yōu)選為D4/D2<0.5。通過采用這樣的比例,可以提高冷卻空氣的速度。第二級冷卻氣體通過第二級收縮部分入口126,該入口具有由第一級收縮部分116的管狀部分125的出口和紡絲管119的入口所形成的直徑D5。術(shù)語紡絲管被用來表示該裝置的具有收縮/發(fā)散結(jié)構(gòu)的部分。所述管的最后部分優(yōu)選具有這樣的結(jié)構(gòu)。紡絲管119的上端位于筒狀內(nèi)壁118的內(nèi)表面上。
在管119的內(nèi)壁上形成長度為L3和出口直徑為D6的第二級收縮部分126,隨后是一個長度為L4的發(fā)散部分127,該部分同樣設(shè)置在管119的內(nèi)壁上。該部分延伸到管119的末端,其出口直徑為D7。長絲114通過該出口直徑D7離開管119,并且由輥104卷繞,該輥的表面速度被稱為長絲114的拉出速度,該速度可以根據(jù)需要加以改變。優(yōu)選以高于3500mpm的表面速度驅(qū)動輥104。在第二級收縮部分126中,合并的第一級和第二級氣體在長絲運(yùn)動方向上的平均速度提高,然后當(dāng)冷卻氣體通過發(fā)散部分127運(yùn)動時速度降低。第二級冷卻氣體在第二級收縮部分126中與第一級冷卻氣體匯合,以便幫助長絲冷卻。可以獨(dú)立地控制流向入口108和109的冷卻氣體的溫度和流量。
在紡絲管119出口處可以選擇性地安裝一個收縮的篩網(wǎng)120或具有多孔的壁的擴(kuò)散器錐體。允許冷卻氣體從所述擴(kuò)散器錐體120的多孔的壁中排出,這樣可以降低沿長絲運(yùn)動方向的出口氣體速度和紊流。可以利用擴(kuò)散器錐體120的變化來降低作用在長絲114上的紊流。長絲114可以通過收縮篩網(wǎng)120的出口噴頭123離開紡絲管119,并且通過一個輥104在這里卷繞長絲114。
在圖2中示出了以下尺寸
A-淬火延遲高度是噴絲頭表面和外殼107貼在其上的凸模坯料下表面122之間的高度差;
B-淬火篩網(wǎng)高度是筒狀淬火篩網(wǎng)組件111的垂直高度;
L1-第一級收縮部分長度;
L2-第一級管長度;
D1-第一級收縮部分入口直徑;
D2-第一級收縮部分出口直徑;
D3-第一級收縮部分管狀部分入口直徑;
D4-第一級收縮部分管狀部分出口直徑;
D5-第二級收縮部分入口直徑;
D6-第二級收縮部分出口直徑;
D7-第二級發(fā)散部分出口直徑;和
L5-選擇性的收縮篩網(wǎng)長度。
能夠以大氣壓力或提高的壓力將氣體分別導(dǎo)入108和109。另外,還可以高于大氣的壓力迫使氣體進(jìn)入第一級氣體入口108,使得氣體被吸入第二級氣體入口109??梢詫⑾嗤幕虿煌臍怏w導(dǎo)入第一級氣體入口108和第二級氣體入口109。
正如在美國專利申請系列號09/547854中所披露的,可以使用兩級裝置的變型。例如,所述裝置可以具有兩個或兩個以上氣體入口,以及一個或一個以上氣體出口。另外,管119可以是一個直管,并且不包括收縮/發(fā)散部分。唯一重要的是,該裝置具有至少一個收縮部分,以便將冷卻氣體加速。
圖6中的延遲部分A可以是未加熱的或加熱的延遲部分(通常被稱為退火器)。該延遲部分的長度和溫度可以改變,以便提供需要的長絲冷卻速度。
在淬火之后,可以用本領(lǐng)域公知技術(shù)將所述長絲匯聚、交織并纏繞成多長絲束。任何需要的纏繞方法都可以使用,如通過使用摩擦驅(qū)動的纏繞器或錠子驅(qū)動的纏繞器進(jìn)行纏繞。例如,可以將紗線纏繞在由Barmag AG(Remscheid-Lennep,德國)生產(chǎn)的多端、自動化轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)動架卷繞裝置上。
可以將生產(chǎn)的長絲制成多長絲、紗線、織物和其他制品。
代表本發(fā)明的長絲的特征的性能按以下方法測定
拉伸張力(DT),以克為單位,是以1.7倍的拉伸比,并且在180℃的加熱器溫度下測定的。用拉伸張力作為定向參數(shù)。拉伸張力可以用同樣由Lenzing Technik出售的DTI400拉伸張力儀器測定。
抗拉強(qiáng)度(Ten)是,用在斷裂點(diǎn)上的以克為單位的負(fù)荷除以旦尼爾測定的。伸長率(%E)是在斷裂點(diǎn)上紗線長度增加的百分比。Ten和%E是按照ASTM D2256,使用10英寸(25.4厘米)計量長度的樣品,在65%相對濕度和70的溫度下,以每分鐘60%的伸長率比測定的。
DVA%是按照前面披露的方法測定的。Q1/Q2是用Brandt B-NZP1000系列氣體流量傳感器測定的以每分鐘立方英尺(CFM)為單位的流入圖2所示腔室105和106的體積空氣流量。
%U是按以下方法測定的可以使用由Zellweger Uster AG CH-8610(Uster,瑞士)生產(chǎn)的C型Uster測試儀3測定測試紗線的均勻度%或質(zhì)量值的線性不規(guī)則性。該百分比表示相對測試樣品的平均質(zhì)量的質(zhì)量偏移數(shù)量,并且是總體材料均勻度的有效指標(biāo)。測試可以按照ASTM方法D1425進(jìn)行。調(diào)整tester’s Rotofil加捻裝置,以便對所述紗線進(jìn)行S捻,并調(diào)整其壓力,以便獲得最佳U%。
U%CV是由所述質(zhì)量平均值標(biāo)準(zhǔn)化的質(zhì)量變動的偏差的平方根,并且以百分比形式表示。與均勻度類似,它是紗線端值質(zhì)量或旦尼爾變動性的指標(biāo)。
實(shí)驗(yàn)室相對粘度(LRV)表示聚合物溶液的絕對粘度與溶劑的絕對粘度的比例,或在25℃下,聚合物溶液和溶劑在Cannon-Fenske粘度計(200號)中的流出時間的比例。聚合物溶液在25℃下的濃度為8%重量/體積(4.75%重量/重量)。所使用的溶劑是含有100ppm硫酸的六氟異丙醇。
旦尼爾或線性質(zhì)量是9000米長的紗線的以克為單位的重量。旦尼爾是通過將一定長度的紗線(通常為45米)從一個多長絲紗線包中輸送到一個旦尼爾卷繞器上,并且在一臺天平上稱重測定的,精確到0.001克。最后用所測定的45米長的紗線的重量計算旦尼爾。紗線旦尼爾是使用Lenzing Technik ACW400/DVA(自動化切割和稱重/旦尼爾變動附件)儀器測定的。在水中的P1/P2分別是用Alnor ModelS30微壓計在圖2中的腔室105和106的壁上測定的第一級和第二級壓力。P1/P2是相對于大氣壓的實(shí)際表壓。
模塊溫度是環(huán)繞用于在紡絲計量泵和噴絲頭組件之間輸送聚合物的金屬模塊的加熱腔室中的道氏熱載體加熱的蒸汽的溫度。
聚合物溫度是在紡絲板前面的熔體池中的聚合物溫度的熱偶讀數(shù)。
將通過以下非限定性實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例
例1
聚合物粘度對低旦尼爾和高旦尼爾長絲旦尼爾分布偏差的影響
在該實(shí)驗(yàn)中,利用上面所披露的、以及結(jié)合圖2所說明的二級氣動淬火系統(tǒng),對按照DMT方法制備的以下通過商業(yè)渠道獲得的聚對苯二甲酸乙二醇酯聚合物進(jìn)行熔紡(1)127旦-34長絲(127-34),相對粘度(LRV)為23.2,(2)127旦-34長絲(127-34),LRV為21.8,(3)265旦-34長絲(265-34),LRV為23.3,(4)265旦-34長絲(265-34),LRV為21.8。所述長絲具有圓形橫截面。所使用的聚合物是由E.I.DuPont Crystar,Old Hickory,TN提供的DMTCrystar3956(3956)和DMT Crystar3915(3915)。所生產(chǎn)的長絲是部分定向的。
所使用的相關(guān)加工參數(shù)和長絲特征如表1所示。在美國專利申請系列號09/547854的例1中披露了這種淬火裝置的其他特征。例B、D和F是證實(shí)低粘度對旦尼爾分布偏差的負(fù)面影響的對照實(shí)施例。第一對長絲A和B是表示127旦/34長絲隨著相對粘度提高,旦尼爾分布偏差(DVA)降低的比較。這種關(guān)系以旦尼爾分布偏差%與相對粘度的曲線圖形式表示在圖3中。
第二對長絲C和D是表示265旦/34長絲隨著相對粘度提高,旦尼爾分布偏差降低的比較。
第二對長絲還可以與第三對長絲E和F進(jìn)行比較,以便說明可以用較低的紡絲速度獲得更低的旦尼爾分布偏差。E和F以旦尼爾%與相對粘度的曲線圖形式在圖4中示出。因此,提高LRV,會略微降低紡絲速度,該速度可以使用(仍然高于傳統(tǒng)方法的紡絲速度),不過,會大大降低旦尼爾分布偏差。
例2
聚合物粘度對高旦尼爾長絲的旦尼爾分布偏差的影響
為了證實(shí)提高粘度對高旦尼爾聚合物長絲的旦尼爾分布偏差的影響,通過上文所披露的和結(jié)合圖2所說明的二級氣動淬火方法對聚合物進(jìn)行熔紡。前4種聚合物在披露于美國專利申請系列號09/547854的例1中的裝置上淬火。第五種聚合物在同一種裝置上紡出,不過該裝置具有一個6″×1″的一級錐體,以便第一級管的高度L2為6。將下面四種通過商業(yè)渠道獲得的聚對苯二甲酸乙二醇酯聚合物制成265旦-34長絲,圓形橫截面的聚合物長絲(1)TPA聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)聚合物是從中國的義征化學(xué)纖維有限公司獲得的,(2)DMT Crystar3956聚合物,(3)從杜邦蘇州聚酯有限公司(新區(qū),蘇州,江蘇,中國)獲得的TPA聚對苯二甲酸乙二醇酯聚合物,和(4)第二種DMT Crystar3956PET聚合物。聚對苯二甲酸乙二醇酯聚合物是使用PTA聚合方法在杜邦聚酯技術(shù)的技術(shù)實(shí)驗(yàn)室中聚合的,同時使用了大約856ppm的偏苯三酸三甲酯鏈支化劑。所有Crystar聚合物都是從E.I.DuPont Crystar Old hickory,Tennessee獲得的。
所使用的相關(guān)加工參數(shù)和長絲特征如表2所示。表2表明,在不使用鏈支化劑的情況下,提高粘度可以產(chǎn)生降低了的旦尼爾分布偏差。所有長絲都是部分定向的,并且要作進(jìn)一步的構(gòu)造。如表2所示,通過使用鏈支化劑,可以獲得良好的旦尼爾分布偏差,同時能保持高的紡絲速度,因?yàn)闆]有必要像不使用鏈支化劑的時候那樣將粘度提高那么多。具體地講,具有鏈支化劑的TPA聚對苯二甲酸乙二醇酯聚合物能提供旦尼爾分布偏差為大約1.61%DVA的低旦尼爾分布偏差的聚合物長絲。該旦尼爾分布偏差低于在不使用鏈支化劑的情況下用TPA和TMP聚對苯二甲酸乙二醇酯聚合物所獲得的旦尼爾分布偏差,甚至具有高于鏈支化聚酯的LRV。另外,如表2所示,具有鏈支化劑的TPA聚對苯二甲酸乙二醇酯聚合物可以較高的紡絲速度熔紡,而仍然能提供具有低旦尼爾分布偏差的長絲。
例3
拉伸張力%CV對單級氣動淬火的影響
為了確定使用鏈支化劑和氣動淬火的影響,使用上文所述并結(jié)合圖1所披露的單級淬火系統(tǒng)生產(chǎn)長絲。127旦-34長絲聚對苯二甲酸乙二醇酯長絲是通過所述氣動紡絲系統(tǒng)紡制(i)來自Crystar的DMTPET均聚物和(ii)含有鏈支化劑的PET而獲得的。含有鏈支化劑的PET與例2中所使用的PET相同。
對于表3所示的第一種長絲來說,使用圖1所示的氣動淬火系統(tǒng),A=1.0″,B=5.5″,C1=2.5″,C2=2.0″,C3=15.0″,而噴絲頭到管出口=26.0″,管73=1.0″。對于表3所示的第二種長絲來說,使用圖1所示的氣動淬火系統(tǒng),A=1.0″,B=5.5″,C1=3.0″,C2=0.0″,C3=15.0″,噴絲頭到管出口=24.5,而管73=1.0″。
所使用的相關(guān)加工參數(shù)和長絲特征示于表3中。如表3所示,使用鏈支化劑生產(chǎn)的聚合物所制成的長絲能產(chǎn)生明顯降低的%CV,并且能夠以較高的紡絲速度紡絲。%CV被定義為由樣品平均值標(biāo)準(zhǔn)化的樣品偏差的平方根,并且以百分比形式表示。樣品平均值是通過用每一次觀察值的總和除以總樣品數(shù)量而測定的。因此,%CV越低,就意味著長絲越均勻。因此,使用交聯(lián)劑來提高粘度,能在單級氣動系統(tǒng)中產(chǎn)生更均勻的產(chǎn)品。
盡管上文業(yè)已出于說明目的對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明,應(yīng)當(dāng)理解的是,在不超出由以下權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍的前提下,技術(shù)人員可以作出各種改進(jìn)和改變。
權(quán)利要求
1.一種用于紡聚合物長絲的熔紡方法,包括
讓由一種或多種鏈支化劑組成的聚合物的聚合物熔體通過噴絲頭,以便形成聚合物長絲,
讓所述長絲通過一個氣動淬火區(qū),
其中,向所述長絲提供冷卻氣體,以便冷卻所述長絲,其中,引導(dǎo)所述冷卻氣體沿與長絲運(yùn)動方向相同的方向運(yùn)動。
2.如權(quán)利要求1的方法,其中,在單級中將所述冷卻氣體提供給所述長絲,并且讓氣體通過一個錐形部分和一個限定尺寸的區(qū)域,以便對所述氣體進(jìn)行加速。
3.如權(quán)利要求1的方法,其中,在兩級中將所述冷卻氣體提供給所述長絲,并且其中,通過所述淬火區(qū)域中的一個收縮部分對所述氣體進(jìn)行加速。
4.如權(quán)利要求1的方法,其中,還包括將所述長絲聚集在一起,以便形成紗線。
5.如權(quán)利要求1的方法,其中,所述聚合物包括聚酯。
6.如權(quán)利要求1的方法,其中,所述聚合物包括聚對苯二甲酸乙二醇酯。
7.如權(quán)利要求1的方法,其中,所述鏈支化劑包括三功能或更多功能的酸、醇或酯。
8.如權(quán)利要求1的方法,其中,所述鏈支化劑包括偏苯三酸三甲酯。
9.如權(quán)利要求1的方法,其中,由所生產(chǎn)的長絲制成的紗線的旦尼爾分布偏差低于2,并且每根長絲的旦尼爾高于大約4。
10.如權(quán)利要求1的方法,其中,由所生產(chǎn)的長絲制成的紗線的旦尼爾分布偏差低于1.5,并且每根長絲的旦尼爾低于大約4。
11.如權(quán)利要求1的方法,其中,所述聚合物的實(shí)驗(yàn)室相對粘度高于22。
12.如權(quán)利要求1的方法,其中,所述長絲以高于大約每分鐘3500米的速度通過所述淬火區(qū)。
13.如權(quán)利要求1的方法,其中,所述長絲以高于大約每分鐘4000米的速度通過所述淬火區(qū)。
14.通過權(quán)利要求1的方法生產(chǎn)的長絲。
15.用權(quán)利要求14的長絲制成的制品。
16.一種用于紡聚合物長絲的熔紡方法,包括
讓一種聚合物的聚合物熔體通過一個噴絲頭,形成每根長絲的旦尼爾高于大約4的聚合物長絲,
讓所述長絲通過一個淬火區(qū),其中,給所述長絲提供冷卻氣體以便冷卻所述長絲,其中,引導(dǎo)所述冷卻氣體沿與長絲運(yùn)動方向相同的方向運(yùn)動并加速,
從而使由所生產(chǎn)的長絲形成的紗線的旦尼爾分布偏差低于2。
17.如權(quán)利要求16的熔紡方法,其中,所述長絲的每根長絲的旦尼爾高于大約5。
18.如權(quán)利要求16的熔紡方法,其中,所述聚合物包括聚對苯二甲酸乙二醇酯。
19.一種用于生產(chǎn)旦尼爾分布偏差低于大約2的聚合物長絲的熔紡方法,包括
讓一種實(shí)驗(yàn)室相對粘度高于22.5的聚合物的聚合物熔體通過一個噴絲頭,以形成聚合物長絲,
讓所述長絲通過一個淬火區(qū),其中,給所述長絲提供冷卻氣體以便冷卻所述長絲,其中,引導(dǎo)所述冷卻氣體沿與長絲運(yùn)動方向相同的方向運(yùn)動并加速。
20.一種生產(chǎn)旦尼爾分布偏差低于大約2%的聚酯紗線的方法,包括用一種實(shí)驗(yàn)室相對粘度高于22.5的聚酯生產(chǎn)長絲,并將所述長絲制成紗線。
全文摘要
披露了一種通過使用具有高粘度的聚合物生產(chǎn)具有低旦尼爾分布偏差的諸如聚酯的聚合物長絲的方法。所述長絲可用于生產(chǎn)紗線和其他制品。
文檔編號D01F6/62GK1446274SQ0181256
公開日2003年10月1日 申請日期2001年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月10日
發(fā)明者H·R·弗蘭克福特, L·J·赫爾比格, G·E·斯威特, G·瓦西拉托斯 申請人:納幕爾杜邦公司
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