專利名稱：：高強(qiáng)度聚對(duì)苯二甲酸乙二酯纖維及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于工業(yè)用途的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯纖維及其制造方法，并且尤其涉及一種其特征為高強(qiáng)度、高模量、低伸長率和低收縮率的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯纖維，因此這種聚對(duì)苯二甲酸乙二酯纖維可以用來制造建筑行業(yè)所用的土工格柵、汽車中所用的座椅安全帶等。
背景技術(shù)：
：作為可用于提高用在工業(yè)用途中的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯纖維韌度的常規(guī)方法，有這樣一種方法，該方法包括以下步驟將具有高粘性的碎片熔化；將熔化的聚合物加熱至310°C以便熔融該聚合物；在長度為280mm的過濾罩中(罩溫為340。C)，通過濾膜孔徑小于400pm的濾膜來過濾該聚合物，并通過快冷空氣將該聚合物固化。隨后以較慢的速度將該聚合物巻繞在導(dǎo)絲輥上以得到未拉伸長絲。在第一拉伸步驟和第二拉伸步驟中將該未拉伸長絲直接拉伸至拉伸比為6.0，然后再使其松弛。在此，通過低速巻繞使未拉伸長絲的取向度降低，并且同時(shí)以高拉伸比來拉伸該未拉伸長絲，從而得到高韌度纖維。通過上述常規(guī)方法所制造的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯纖維的模量值為70g/d至100g/d、韌度為9.5g/d或更低，并且斷裂伸長率為14%至18%。利用這樣的常規(guī)紡絲技術(shù)，通過增大拉伸比制得了具有高韌度的原紗，因此沿纖維軸方向的取向度變得更高。但是，高取向度的不利之處在于在后加工過程中，如果該纖維于高溫條件下暴露一段時(shí)間，則纖維的收縮率會(huì)增加并且總拉伸強(qiáng)度損失會(huì)增大。所以，盡管制得了高韌度纖維，但是在加工過程中這些纖維會(huì)損失拉伸強(qiáng)度，所以難以從所制得的高韌度纖維上獲得優(yōu)勢。近年來，為了降低生產(chǎn)成本和重量，用于工業(yè)用途的原紗通常具有高韌度。在安全帶的情況中，為了確保車內(nèi)的儲(chǔ)存空間，需要纖維變得更細(xì)一些，這可以通過使用更少量的長絲或者減少長絲的旦尼爾來實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，需要原紗的強(qiáng)度高于現(xiàn)有技術(shù)中的原紗強(qiáng)度。具體而言，作為制造工業(yè)產(chǎn)品的最后步驟，在染色工序中要用高熱量來處理纖維，因此，將由熱量所導(dǎo)致的強(qiáng)度損失降低到最低是很重要的。同樣，在制造用于土工格柵或輸送帶的高強(qiáng)度長絲的情況中，要在170。C至190。C的高溫下對(duì)這些長絲進(jìn)行處理，所以將熱處理后的強(qiáng)度損失降低到最低是很重要的。因此，在制造高強(qiáng)度長絲過程中，對(duì)于以高拉伸比拉伸長絲而獲得的那些常規(guī)工業(yè)長絲，克服該長絲在后加工過程中暴露于高溫后容易損失其自身強(qiáng)度的缺點(diǎn)是很重要的。本發(fā)明的發(fā)明人意圖解決上述缺點(diǎn)，并且提供了一種用于工業(yè)用途的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯長絲，在使用附加熱源對(duì)導(dǎo)絲輥進(jìn)行熱處理之后，該聚對(duì)苯二甲酸乙二酯長絲依然保持其自身強(qiáng)度，并且纖維的韌度為10.0g/d或更高且斷裂伸長率為14%或更低。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種其單絲細(xì)度為8旦尼爾或更高、韌度為10g/d或更高且斷裂伸長率為14%或更低的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯復(fù)絲，其特征在于在170。C下被加載0.3g/d的負(fù)荷30秒鐘的條件下，其拉伸斜率(gradientvalue)為1.18至1.50，并且在190°C下被加載0.3g/d的負(fù)荷30秒鐘的條件下其拉伸斜率為1.0至1.4。此外，本發(fā)明提供一種其單絲細(xì)度為8旦尼爾或更低、韌度為10g/d或更高且斷裂伸長率為14%或更低的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯復(fù)絲，其特征在于，在170。C下被加載0.3g/d的負(fù)荷30秒鐘的條件下其拉伸斜率為1.10至1.40，而且在190。C下被加載0.3g/d的負(fù)荷30秒鐘的條件下其拉伸斜率為0.95至1.30。此外，本發(fā)明的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯復(fù)絲的單絲數(shù)量優(yōu)選為50根至500根。4此外，本發(fā)明的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯復(fù)絲的總細(xì)度優(yōu)選為500旦尼爾至3000旦尼爾。此外，本發(fā)明的捻合的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯復(fù)絲的總細(xì)度優(yōu)選為2,000旦尼爾至30,000旦尼爾。另外，本發(fā)明提供一種制造聚對(duì)苯二甲酸乙二酯復(fù)絲的方法，所述方法為將聚對(duì)苯二甲酸乙二酯的碎片熔融并擠出；將擠出物以較慢的速度巻繞在導(dǎo)絲輥上以得到未拉伸長絲；并且隨后在多個(gè)步驟中將該未拉伸長絲拉伸，其中，在導(dǎo)絲輥(15)盒體內(nèi)額外采用加熱器(16)并且在使用絡(luò)絲機(jī)之前使用該加熱器。圖l為示出本發(fā)明聚對(duì)苯二甲酸乙二酯長絲的制造工藝示意圖。圖2為導(dǎo)絲輥5盒體的示意圖。<標(biāo)記符號(hào)的索引〉1:擠出機(jī)2:齒輪泵3:過濾器4，5，6:罩式加熱器7:吸氣管8:排氣管9:給油輥10，11，12，13:導(dǎo)絲輥14:絡(luò)絲機(jī)15:盒體16:附加加熱器具體實(shí)施例方式下文將對(duì)本發(fā)明的構(gòu)成和效果進(jìn)行詳細(xì)描述。根據(jù)本發(fā)明，可以通過如下步驟從而獲得同時(shí)具有高靭度和低收縮率的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯復(fù)絲，這些步驟為保持高拉伸比、在使用附加熱源進(jìn)行熱處理后制備出溫度穩(wěn)定的并且保持一定程度的張力的聚合物鏈。通過這種方法，可以制得高韌度的且熱穩(wěn)定的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯纖維。下面將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明。將特性粘度為0.09至1.20的固態(tài)聚對(duì)苯二甲酸乙二酯熔融并通過擠出機(jī)(1)擠出。然后，使擠出的聚合物熔體通過齒輪泵(2)，并通過濾膜孔徑小于30pm的濾膜(3)進(jìn)行過濾。將罩式加熱器I(4)、II(5)、III(6)的溫度設(shè)定為300。C至350。C，并且利用經(jīng)過吸氣管(7)和排氣管(8)的快冷空氣使該擠出聚合物固化。之后，通過給油輥(9)將紡絲油劑粘附在固化的長絲上，由此將該固化的長絲在第2導(dǎo)絲輥(10)和第3導(dǎo)絲輥(11)上初步拉伸，并以高拉伸比再次在第3導(dǎo)絲輥(11)和第4導(dǎo)絲輥(12)上拉伸。然后，該拉伸長絲在第4導(dǎo)絲輥(12)和第5導(dǎo)絲輥(13)上松弛并巻繞。此時(shí)，通過使用位于其中安裝有第5導(dǎo)絲輥(13)的盒體(15)內(nèi)的附加加熱器(16)來控制所制得的原紗的收縮行為以及第5導(dǎo)絲輥(13)與絡(luò)絲機(jī)(14)之間的張力。所述附加加熱器(16)的溫度(現(xiàn)值(PV))保持在200。C至340。C，優(yōu)選保持在260。C至320。C。如果該溫度低于200。C，則難以得到熱穩(wěn)定的且高韌度的纖維。如果該溫度高于340。C，則絨毛的數(shù)量會(huì)突然增多，而這會(huì)使加工性能降低。在這種情況中，可以利用附加熱源的溫度和絡(luò)絲機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)第5導(dǎo)絲輥(13)與絡(luò)絲機(jī)(14)之間的張力，當(dāng)所述張力被調(diào)節(jié)至0.10cN/d至0.30cN/d時(shí)，其紡絲加工性能會(huì)得以提高。在以高拉伸比來拉伸并進(jìn)行高溫處理的條件下所制得的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯紗線表現(xiàn)出優(yōu)異的韌度。由于座椅安全帶、土工格柵和輸送帶在后處理過程中需要在高溫下進(jìn)行染色，因此可以將這種長絲用于生產(chǎn)這些A口廣叩o此外，本發(fā)明中所用的附加加熱器的光源大小優(yōu)選為100cm2至600cm2，更優(yōu)選為300cm2至400cm2。如果所述光源大小低于100cm2，則難以提供足夠的熱量，而如果所述光源大小高于600cm2，則難以精確地調(diào)節(jié)溫度。另外，在使用紗線交織器(yarninterlacer)之前，使用便攜式張力計(jì)來測定第5導(dǎo)絲輥(13)與絡(luò)絲機(jī)(14)之間的張力。在實(shí)施例和比較例中，按照下述方法對(duì)各種特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。1)特性粘度(I.V.)將O.lg的樣品溶解在90。C的其中含有苯酚和1,1,2，2-四氯乙醇按照重量比6:4的比例混合的混合物的試劑中90分鐘，然后將該溶液轉(zhuǎn)移至烏氏黏度計(jì)中，隨后將該烏氏黏度計(jì)在30。C的恒溫水浴中保持10分鐘。通過使用黏度計(jì)和吸氣管來測定溶液滴落的時(shí)間(以秒計(jì))。另外，通過與上述相同的方法來測定溶劑的滴落時(shí)間(以秒計(jì))，并且根據(jù)下列方程式來計(jì)算R.V.值和I.V.值R.V尸樣品滴落的時(shí)間(以秒計(jì))/溶劑滴落的時(shí)間(以秒計(jì))I.V.=l/4x[(R.V.-1)/C]+3/4x(lnR.V./C)(在上述方程式中，C表示樣品在溶液中的濃度(g/100m1))2)原紗的模量、強(qiáng)度和伸長率的測定將原紗在標(biāo)準(zhǔn)條件放置24小時(shí)，即，放置在溫度為25。C、相對(duì)濕度為65%的恒溫恒濕箱中24小時(shí)，然后利用拉伸試驗(yàn)機(jī)根據(jù)ASTM2256的方法對(duì)樣品進(jìn)行測量。3)收縮率的測定將原紗在標(biāo)準(zhǔn)條件放置24小時(shí)，即，放置在溫度為25。C、相對(duì)濕度為65%的恒溫恒濕箱中24小時(shí)。再將其在150。C的烘箱中放置30分鐘，然后再在標(biāo)準(zhǔn)條件下放置24小時(shí)，由此測定收縮率(Lo是指在標(biāo)準(zhǔn)條件下放置24小時(shí)后、在初始負(fù)荷為O.Olg/d的條件下所測得的被測樣品的長度，"是被加熱一段時(shí)間后、在初始負(fù)荷為0.01g/d的條件下所測得的被測樣品的長度)。收縮率(。/。)4(L廣L())/Lo]x1004)絨毛的數(shù)量通過使用PilotWarper試驗(yàn)機(jī)，在原紗速度為300m/min至500m/min且靈敏度級(jí)別為2.5至4.5(相對(duì)值)的條件下沿原紗的長(30,000m)進(jìn)行測量，并將測量結(jié)果換算為每1億米上的絨毛個(gè)數(shù)來表示。5)可加工性在導(dǎo)絲輥的單一位置上觀察原紗10天，只測定該紗在輥上斷裂的頻率。6)拉伸斜率在通過測定原紗的模量、強(qiáng)度和伸長率后而得到的強(qiáng)度(kgf)-應(yīng)變(％)曲線(X軸為應(yīng)變，Y軸為強(qiáng)度)中，在Y軸的特定區(qū)段(0.006至0.008(kgf/旦尼爾))中來測量拉伸斜率。拉伸斜率=強(qiáng)度的變化量/應(yīng)變的變化量此處，1000旦尼爾沿Y軸的變化量為2(從6kgf至8kgf)。例子(實(shí)施例1至3和比較例1至4)將特性粘度為1.0的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯碎片熔融，并將聚合物熔體擠出。用快速空氣使擠出后的聚合物冷卻，并收攏和涂油。將導(dǎo)絲輥的速度設(shè)定為3,000m/min并將拉伸比設(shè)定為6.3，并且按照表1所示的紡絲條件，按1,500旦尼爾/144根絲進(jìn)行紡絲并進(jìn)行拉伸。測定如此制得的原紗的物理特性，結(jié)果如表l所示。在此，通過使用位于其中裝有第5導(dǎo)絲輥(13)的盒體(15)內(nèi)的附加加熱器(16)來控制所制得的原紗的收縮行為以及第5導(dǎo)絲輥(13)與絡(luò)絲機(jī)(14)之間的張力。如表1所示的那樣保持附加加熱器(16)的溫度(現(xiàn)值(PV))。所述附加加熱器的光源大小優(yōu)選為350cm2。在此，拉伸負(fù)荷比(％)為某一拉伸比(A)(該拉伸比獲得10.0g/d的韌度)與最大拉伸比(B)(在該拉伸比下紗線發(fā)生斷裂，這不利于獲得高拉伸比)的比值。將調(diào)節(jié)拉伸比后5分鐘內(nèi)紗線發(fā)生斷裂時(shí)的拉伸比當(dāng)作最大拉伸比。拉伸負(fù)荷比(％)=A/Bx100用第4導(dǎo)絲輥的速度除以第1導(dǎo)絲輥的速度來計(jì)算拉伸比。拉伸比=第4導(dǎo)絲輥的速度/第1導(dǎo)絲輥的速度實(shí)施例1實(shí)施例2實(shí)施例3比較例1比較例2比較例3比較例4附加加熱器的溫度(。C,PV)2803003000100200350GR-5與絡(luò)絲機(jī)之間的張力(cN)1601551501301301101008<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>GR-5是指第5導(dǎo)絲輥通過使用長絲收縮率測定儀(Testrite，No.MK5型)在高溫條件下對(duì)在上述條件下所得到的原紗進(jìn)行處理、并測定其物理特性，由此得到強(qiáng)度-應(yīng)變曲線，然后從某一曲線段得到拉伸斜率。結(jié)果如表2所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>使特性粘度為1.0的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯碎片熔融，并將該聚合物熔體擠出。用快速空氣使擠出后的聚合物冷卻，并收攏和涂油。將導(dǎo)絲輥的速度設(shè)定為3,000m/min并且將拉伸比設(shè)定為6.3，按照表1所示的紡絲條件進(jìn)行紡絲并進(jìn)行拉伸。測定如此所制得的原紗的物理特性。在此，通過使用位于其中裝有第5導(dǎo)絲輥(13)的盒體(15)內(nèi)的附加加熱器(16)來控制所制得的原紗的收縮行為以及第5導(dǎo)絲輥(13)與絡(luò)絲機(jī)(14)之間的張力。如表2所示的那樣保持附加加熱器(16)的溫度(現(xiàn)值(PV))。(實(shí)施例4至6以及比較例5至8)使特性粘度為1.0的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯碎片熔融，并將熔融后的聚合物擠出。用快速空氣使擠出的聚合物冷卻，并收攏和涂油。將導(dǎo)絲輥的速度設(shè)定為3,100m/min并且將拉伸比設(shè)定為6.2，按照表3所示的紡絲條件，按1,000旦尼爾/192根絲進(jìn)行紡絲并進(jìn)行拉伸。測定如此所制得的原紗的物理特性。此處，所述附加加熱器的光源大小優(yōu)選為350cm2。此時(shí)，拉伸負(fù)荷比(％)為某一拉伸比(A)(該拉伸比獲得10.5g/d的韌度)與最大拉伸比(B)(在該拉伸比下，紗線發(fā)生斷裂)的比值。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>通過使用紡線收縮率測定儀(Testdte，No.MK5型)在高溫條件下對(duì)在上述條件下所得到的原紗進(jìn)行處理，并測定其物理特性，由此得到強(qiáng)度-應(yīng)變曲線，并且然后從某一曲線段獲得拉伸斜率。結(jié)果如表4所示。實(shí)施例4實(shí)施例實(shí)施例6比較例5比較例6比較例比較例8附加加熱器的溫度(。C,PV)2803003000100200350GR-5與絡(luò)絲機(jī)之間的張力(cN)12011511090906570拉伸斜率(熱處理?xiàng)l件溫度，時(shí)間，負(fù)荷)170°C,30秒，無負(fù)荷1.051.061.030.790.800.870.85170°C，30秒，負(fù)荷為0.05g/d1.081.101.090.810.820.880.90170°C,30秒，負(fù)荷為0.3g/d1.201.221.230.910.950.970.98190°C,30秒，無負(fù)荷0.880.890.850.550.640.680.70190°C,30秒，負(fù)荷為0.05g/d0.920.950.930.730.780.780.80190°C,30秒，負(fù)荷為0.3g/d1.001.181.150.800.850.880.89使特性粘度為1.0的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯碎片熔融，并將熔融后的聚合物擠出。用快速空氣使擠出的聚合物冷卻，并收攏和涂油。將導(dǎo)絲輥的速度設(shè)定為3,100m/min并且將拉伸比設(shè)定為6.3，按照表3所示的紡絲條件進(jìn)行紡絲并進(jìn)行拉伸。測定如此制得的原紗的物理特性。此處，通過使用位于其中裝有第5導(dǎo)絲輥(13)的盒體(15)內(nèi)的附加加熱器(16)來控制所制得的原紗的收縮行為以及第5導(dǎo)絲輥(13)與絡(luò)絲機(jī)(14)之間的張力。如表4所示的那樣保持附加加熱器(16)的溫度(現(xiàn)值(PV))。11發(fā)明效果本發(fā)明通過下述方法提供了一種可用于制造工業(yè)繩索、安全帶等的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯復(fù)絲，該聚對(duì)苯二甲酸乙二酯復(fù)絲特征為高韌度、低收縮率以及低絨毛量；其中所述方法為將高粘度的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯的碎片熔融并擠出，以高拉伸比將未拉伸長絲拉伸并使用附加熱源，由此使所制得的纖維的熱量相關(guān)特性得以改善。權(quán)利要求1.一種其單絲細(xì)度為8旦尼爾或更高、韌度為10g/d或更高且斷裂伸長率為14％或更低的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯復(fù)絲，其特征在于在170℃下被加載0.3g/d的負(fù)荷30秒鐘的條件下該復(fù)絲的拉伸斜率為1.18至1.50，并且在190℃下被加載0.3g/d的負(fù)荷30秒鐘的條件下該聚對(duì)苯二甲酸乙二酯復(fù)絲的拉伸斜率為1.0至1.4。2.—種其單絲細(xì)度為8旦尼爾或更低、韌度為10g/d或更高且斷裂伸長率為14%或更低的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯復(fù)絲，其特征在于在170。C下被加載0.3g/d的負(fù)荷30秒鐘的條件下該復(fù)絲的拉伸斜率為1.10至1.40，而且在190。C下被加載0.3g/d的負(fù)荷30秒鐘的條件下該聚對(duì)苯二甲酸乙二酯復(fù)絲的拉伸斜率為0.95至1.30。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯復(fù)絲，其中聚對(duì)苯二甲酸乙二酯單絲的數(shù)量為50根至500根。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯復(fù)絲，其中所述聚對(duì)苯二甲酸乙二酯復(fù)絲的總細(xì)度為500旦尼爾至3,000旦尼爾。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯復(fù)絲，其中捻合的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯復(fù)絲的總細(xì)度為2,000旦尼爾至30,000旦尼爾。6.—種制造聚對(duì)苯二甲酸乙二酯復(fù)絲的方法，該方法包括使聚對(duì)苯二甲酸乙二酯的碎片熔融并擠出，將擠出物以低速巻繞在導(dǎo)絲輥上以便得到未拉伸長絲、以及隨后在多個(gè)步驟中將所述未拉伸長絲拉伸，該方法的特征在于額外采用了位于導(dǎo)絲輥(15)盒體內(nèi)的加熱器(16)、并且在使用絡(luò)絲機(jī)之前使用該加熱器。全文摘要本發(fā)明涉及一種用于工業(yè)用途的高強(qiáng)度聚對(duì)苯二甲酸乙二酯纖維及其制造方法，其中使特性粘度為0.09至1.20的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯的碎片熔融并擠出、將其拉伸并且利用附加加熱器在高溫條件下進(jìn)行處理以便制造高強(qiáng)度聚對(duì)苯二甲酸乙二酯纖維。本發(fā)明提供一種用于工業(yè)用途的高強(qiáng)度聚對(duì)苯二甲酸乙二酯纖維，其特征在于，其強(qiáng)度為10.0g/d或更高且斷裂伸長率為14％或更低，而且有利的是，所述纖維具有優(yōu)異的熱量相關(guān)特性、具有低的斷裂伸長率和低的收縮率，其中所述熱量相關(guān)特性為在加熱處理之后強(qiáng)度損失最小。文檔編號(hào)D01D10/00GK101469456SQ200810088940公開日2009年7月1日申請(qǐng)日期2008年4月1日優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日發(fā)明者沈東錫,趙大煥,韓奎燦申請(qǐng)人:株式會(huì)社曉星