工业用聚酯纱的生产工艺及其产品制造技术

生产工业用复丝聚酯纱，特别是轮胎线，在高纺速时呈现出特殊的断裂强度．该纱由包括一系列步骤的工艺生产：通过许多孔纱制熔融的聚合物，冷却并牵伸所得的丝并最终收集这些丝，在每个纺丝板孔中的聚合物流呈现出具有较高相对粘度的芯部和具有较低相对粘度外皮，上述相对粘度之间差值小于０．１００，最好为０．０４０－０．００３．（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种工艺，用于生产工业用途的并具有至少500mN/tex强度的聚酯复丝纱。该工艺包括一系列步骤，如通过大量纺孔丝挤出一股熔融的聚合物，冷却纺出的单丝束，选择牵伸单丝并最终集合这些单丝，采用高于450米/分的纺丝速度，每个纺丝孔中心区域聚合物流体相对粘度高于上述中心区域周围外皮区域的聚合物相对粘度。上述类型的工艺是公知的。在实际生产中这里所指的工业用纱大量地用于各种目的，如加强弹性体，包括车辆的气动轮胎和传输皮带，变速皮带、绳索、缝纫线。复丝纱总是由大量的，比如说15到1000根单丝组成，尽管每根这种单丝具有高强度，但由于其厚度小或单个线密度低，使每根单丝只有较低的断裂强度。由于其较高的总线密度，比如说300到500分特，一束复丝或复丝线具有足够高的断裂强度。结果，用于上述工业用途的复丝纱的实际应用只限于一种形式，其中对于纱线来说足够高的粘着由加拈或缠结而赋与，而且，一般来说，两根或更多的加粘纱进一步结合成为一根帘子线或绞线。所有上述用途具有共同点，所包含的单丝处于相当大的弯曲状态，就象在双组分单丝遭受弯曲载荷的情况一样，在单丝外皮区域最外层的“纤维”受到最大的弯曲力，中心区域的单丝只受到相当小的弯曲力，作用在单丝外皮和芯部的载荷之间差值在实际应用中变得更重要。在此，常常产生动态的或强烈的脉动弯曲载荷，而不是静态弯曲载荷。例如在车辆轮胎和变速皮带中加强帘子线的情况中就是这样的。还要补充一点，甚至在适当纺丝速度下，比如说，大约1500米/分，特别是在高速纺丝时的复丝纱，每个单丝横截面测出的物理特性可能不同，结果单丝外侧相对迅速冷却，而分子在每根单丝外侧上的取向大于在其芯部，呈现出穿过每根单丝横截面，在外皮区域的双折射大于在其芯部。每根单丝纵向，其双折射横向逐渐减少到在单丝芯部的最低值。在实际应用中，单丝可能最终在其芯部载荷不足而在其外皮过载，这特状态，在单丝受到弯曲载荷时更为严重。因此，纱线实际上有利的特性并没有完全利用。如通常所知，这在实际应用中导致帘子线在加拈时的损失，限制了帘子线的效果并在制绳时产生损失，还限制了帘子线对脉动载荷的抗力，如出现在“马洛里管疲劳试验”中一样。这些用于工业用途的复丝纱的缺点目前还没有完全克服，只是在逐步改善。而且，对于工业用途的聚酯纱线，多年来就有要将通常纺丝速度500-900米/分提高到1600-20000米/分或更高的想法，生产或多或少予取向的纱线。纺丝工艺和牵伸工艺伴随地结合成为整体纺丝牵伸工艺，在纺制纺织用，如衣料用聚酯纱线工艺中，实际上已经大规模引入1600-5000米/分的更高纺丝速度。正如用于纺织用途的纱线一样，生产的单丝纱线的总线密度相对较低，如50-150分特，并且所得的纱线相对粘度同样较低，如η相＝1，580，采用更高的纺丝速度并不产生许多问题。此外，由于纱线的总密度低，出于经济的原因，工业生产或多或少在生产纺织用途的聚酯纱时，为获得单个纺丝组件更高产量，必须采用更高的纺丝速度，众所周知，在熔融纺的纱线中，必须有分子的取向，以获得适于实际应用的纱线。在低纺丝速度时，比如说700米/分，取向主要由牵伸纱线而实现，此时获得的纺丝纱线一般能以3-4这样低的牵伸比进行牵伸。而工业用纱由于具有较高的相对粘度，该粘度在采用聚对苯二甲酸乙二酯时为η相＝1.880，则必须以5-6的牵伸比进行牵伸以获得实际应用所需的物理特性，如强度，5%LASE值或断裂伸长，纺丝速度越高，所获得的纱线分子取向度越高。为了获得所需的物理特性，在高速度纺丝时获得的纱线能以更低牵伸比，比如说2或3进行牵伸，为了详细考虑纺丝速度对聚对苯二甲酸乙二酯纱线物理特性的影响，可以参照由Andrzej Ziabicki和Hiromichi Kawai编辑的1985年版权为纽约威利和森斯公司(Wiley & Sons Ine New York)的pp295-331上H.M Heuvel和R.Huisman的“高速纤维纺纱，科学和工程方面”的讨论。考虑到在纺丝速度直到6000米/分生产在纺丝中予取向的轻纺织纱线，该纱线用于服装并经受变形加工，长期以来在商业规模上已经实践，总的来说同很明显在用于加强车辆轮胎的轻重工业纱线的情况下也应将纺丝速度提高到6000米/分。但是，业已发现，当这些纺丝速度用于工业用纱时，有选择的从将特定所需牵伸比进行后牵伸的完整纱线显现的物理特性在某些方面与由通常纺丝速度生产的纱线有较大区别。例如在160℃热空气中测量完整的，牵伸的聚酯工业纱线的收缩率将随纺丝速度增加到6000米/分而下降，但这正好是特殊的优点，因为由这些纱线制成的并一般配备有促使与弹性材料粘附的浸胶的帘子线将只有很低的收缩率。这在由高速度纺丝生产的工业用纱制成的帘子线的情况中很重要。在一个或同样高的模量时获得最小可能的收缩率。高的模量/收缩比率，同样指高的尺寸稳定性，对于车辆轮胎中加强帘子线的使用是很重要的。并在轮胎的生产工艺和质量中都起重要作用。在道路上，轮胎的性能是令人关心的。鉴于这些后面提到的特性，最适合于高速纺制或纺丝牵伸的聚酯轮胎纱线为HMLS型(高模量，低收缩率)。但是，众所周知的工业聚酯单丝纱的纺丝牵伸或高速纺丝即1600-6000米/分纺丝具有缺点，纱线和浸胶帘子线的断裂强度将比低速纺丝获得的纱线以及由这种纱制成的帘子线低得多，由于这些工业用纱的实际用途很大程度是基于其高强度的。牵伸纱及由这种纱制成的帘子线的断裂强度降低的现象在纺丝速度为1600米/分或更高时形成很大缺陷，阻碍在聚酯工业纱线生产中实际采用更高的纺丝速度。作为本专利技术的目的是要提供上述生产工业用途的聚酯复丝纱线的工艺，该工艺不再有上述缺陷。如没有每根单丝横截面分子取向的恶劣改性和随之而来的强度损失，并且能够保持有利的高模量，低热空气收缩，以及高的模量/收缩比率。根据本专利技术，上述工艺首要特征在于每个纺丝孔中，纺制产品上测量的芯部和外皮区域之间相对粘度差小于0.100，更具体地说为0.080-0.030，但最好大约为0.040-0.030或0.040-0.010。可以令人惊奇地发现，随着纱丝速度增加，强度损失明显降低，而且，随着每根单丝芯部和外皮之间分子定线差值减少，纺丝速度越高。根据本专利技术，有利的纺丝速度在1600-6000米/分范围，最好大约为4000米/分。应当注意到，用在本申请的术语-“纺丝速度”，应当理解为位于纺丝组件流出口的第一被动纱线前进罗拉的圆周速度，但是如果在纺丝运转中，不用卷取单元和喷丝板之间的被动纱前进罗拉，则卷取速度为纺丝速度，本专利技术的工艺特征在于所用的聚酯为具有从纺制产品上测得相对粘度1700-2400，最好为1900的聚对苯二甲酸乙二酯，此外，本专利技术工艺特征在于芯部区域和外皮区域所用的聚酯材料具有基本上相同的结构单元。这里应理解为由聚酯形成的纱线为一种包括大于85%重量百分比的对苯甲酸乙二酯结构单元纱。本专利技术最佳实施例特征在于每个纺丝孔中，聚合物流体中芯部区域和外皮区域以一个特定半径距离延伸并且是同心的。芯部区域以聚合物流体中心向外径向延伸，外皮区域以聚合物流体外圆周向内径延伸。本专利技术的一个简单实施例特征在于在每个喷丝孔中，熔融的聚合物的相对粘度以聚合物流体中心向其外圆周一级本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产工业用途并具有至少５００ｍＮ／ｔｅｘ强度的聚酯复丝纱的工艺包括一系列步骤：通过大量纺丝孔挤压一股熔融聚合物，冷却纺制的丝束，有选择地牵伸些并最终收集这些丝，采用高于４５０米／分的纺丝速度，在每个纺丝孔中芯部区域聚合物流的相对粘度高于围绕上述芯部区域的外区域，其特征在于，芯部区域和外皮区域之间相对粘度差小于０.↑［１００］。

【技术特征摘要】
NL 1985-4-4 8 501 019书中所指的特性，如线密度，强度，纱线和帘子线断裂强度，5% LASE(在此伸长的载荷)和纱线与帘子线比5% LASE，纱线和帘子线在160℃和180℃时各自的热空气收缩，根据ASTM D 885 M-1979确定。在这些试验的偏差中，热空气收缩是在180℃预张力1N/tex时测量的。马洛里(Mallory)管疲劳值根据ASTM D 885-1967确定，在这个马洛里管疲劳试验中，到折断时的平均运行次数由本发明纱线的试样(见表1和表2，实例1，实验B、C和D，实例2，实验F、G和H)和高商业上适用的聚酯纱迪奥纶2000(Diolen 2000)(见表1，实验A)和迪奥纶2200T)(见表2，实验E)。标准的Diolen 2000样品到折断时测量的运行次数为X0，本发明纱到拧断时测量的运行次数为Xn，公式的结果(Xn)/(Xo) ×100即为马洛里管疲劳值。用在说明书中的术语模量指对以mN/tex表达的帘子线总线密度修正的5% LASE。这一修正的5% LASE定义为比5% LASE。用在本说明书和权利要求书中的术语聚酯相对粘度同样定义为粘度比或溶液粘度并由η相表示，应当理解为在纺制成品中确定的相对粘度。纺制成品应当理解为新挤压的、未牵伸的、全部未处理的丝，此外，该丝未整理。根据下列步骤，纺制成品的相对粘度得以测定在100克变位苯酚中(纯度高于99.5%)溶解1克纺制成品并加以搅拌，在125℃时搁置不超过40分钟，所得的溶液的粘度，即以秒为单位的流动时间t1，25℃时，在Ubbelohde粘度计中测量该粘度计的毛细管内径为1.25mm，与在同一粘度计中测量的纯溶剂的以秒为单位的流动时间t0相比较。然后，相对粘度可以由公式η相＝ (t1)/(t0)计算。如果纺制成品是结晶的，在125℃时40分钟后仍然不能溶于变位苯酚中，则所用的溶剂将是一种2，4，6，三氯苯酚和苯酚的混合物(定义为TCFF)，其质量比大约为7∶10密度d25＝1.236±0.001。此外，TCFF粘度以上述相同的方法确定。这样所得的TCFF用公式η相＝0.808×x×0.198转换成为在变位苯酚中测量的相对粘度值，其中x是测量的TCFF粘度。在变位苯酚中，η相测量的标准偏差为0.002。由TCFF混合物作为溶剂所得的η相的标准偏差为0.004。为了在相对粘度中显示非常小的差值，标准偏差可以由进行一系列的测量并计算这些测量平均的η相而有选择地减小。本发明将在下述实例中进行进一步说明。实例1在机器中，纺制聚对苯二甲酸乙二酯，生产双组分纱，利用两台挤压机喂入相同粘度的(在颗粒中测量η相＝2.05)同类型颗粒。新纺制的丝在由吹入温度等于环境温度的空气冷却之前穿过一个绝热区。最终，纱线穿过两个导丝辊并在导丝辊上卷取。此外，在表1给出了纺丝的数据。根据本发明(见实验B、C、D)，纱线由双股组成并受到两步牵伸。第一牵伸步骤是在温度为80℃，直径为21cm的丝辊上进行。然后，在蒸气温度256℃时，在10米长蒸气牵伸架中进行纱的第二步牵伸，最后以226米/分的速度卷取。牵伸工艺中其它数据和牵伸的纱的特性在表1中实验A、B、C和D给出。牵伸的纱加捻行成一根1100(Z 393)×2(S 393)分特结构的轮胎帘子线。为了改善与弹性材料粘附状况，原生帘子线受到二步浸胶处理。浸胶的帘子线特性在表1中给出。本发明帘子线的两步浸胶处理是采用下述已知工艺完成。在连续工艺中，1100(Z 393)×2(S 393)分特型的帘子线穿过第一浴槽进行预浸，然后穿过第二浴槽进行主浸。在第一和第二浴槽槽间帘子线在10N张力下，在温度为240℃时干燥60秒。在施加浸胶后，帘子线在离开第二浴槽时，在4.5N张力下，温度为220℃时，再次干燥120秒。采用预浸(D 417型)时，所需温度大约为20℃的第一浸槽中由重量为5%的固体成份。第一浸槽的配方如下○软水 876.4份(重量)○龙胶(2%重量比溶解在水中) 20.0份(重量)○4，4′-二苯甲烷二异氰 90.0份(重量)酸酯由苯酚成块(40%)重量比扩散在水中)(从UniroyalChemical可以买到牌号为CVB1)○甘油的〔二〕缩水甘油 13.6份(重量)醚(从Nagase公司可以买到牌号为NER-010A)1000.0份(重量)浸胶后，存在于成品的两步浸胶的帘子线上预浸胶量为0.5-1%(重量)。为施加主浸胶(RFL-D5A型)的第二浸槽中有重量为20%的固体成份，第二浸槽的成分如下树脂组○预冷凝的间苯二酚甲 28.6份(重量)醛树脂(75%重量比溶解在水中)○氢氧化钠(5%重量比 12.0份(重量)溶解在水中)○甲醛(37%重量比溶解 20.8份(重量)在水中)○软水 370.0份(重量)乳胶组○乙烯-吡啶乳胶(40% 415.4份(重量)重量比扩散在水中)可以从大众轮胎公司及雨县公司＜GeneralTire andGoodyear＞买到牌号GenTac VP-乳胶)○氢氧化铵(25%重量比 25份(重量)溶解于水中)○软水 128.2份(重量)1，000份(重量)在在浸胶后存在于成品的两步浸胶的帘子线上的主浸胶量为3-4%(重量)。根据实验A，纺丝和牵伸条件及特性为在低速通常纺制(单一的)纺而给出的，即在丝的外皮和芯部不存在相对粘度差。实验B、C和D是根据本发明实现的，即外皮和芯部具有相对粘度差，纺丝速度各自为500，2000和4000米/分。在实验B、C和D中，从纺制成品测量的芯部聚合物相对粘度比外皮聚合物高0.010到0.030。在实验B和C中，表1提到的相对粘度是丝中外皮聚合物和芯部聚合物平均粘度，同样是在纺制成品中测量。最明显的是实验D的浸胶帘子线特性。根据本发明，这里获得的浸胶帘子线具有与在低速获得的帘子线相等的强度和改进的模量或比59 LASE与很低的收缩率结合(即良好的模量/收缩比)以及改进的抗疲劳性(Mollory管疲劳值)。表1纺丝 A B C D聚酯温度(℃) 300 300/300 300/ 300/300 300(芯部/外皮)体积比(芯部/外皮) - 75/25 75/ 75/25 25每个孔的产量1.72 1.64 3.28 4.17(克/分)纺丝孔数量 192 104 104 104纺丝板和第一吹风点之间距 57 57 57 57离(厘米)吹风速度40 50 50 50(厘米/秒)纺丝速度500 500 2000 4000(米/分)平均相对粘度1.880 1.833 1.865 -(纺制成品)双折射×10415 17 183 680牵伸牵伸温度235 256 256 256(℃)牵伸率 6.06 6.0 3.3 2.05纱线特性线密度(分1100 1224 1112 1172特)丝的数量 192 208 208 208强度830 781 765 758(mN/tex)断裂伸长10.7 11.3 10.6 8.8(%)比LASE-5%(mN/tex) 345 405 381 405热空气收缩率(%)5.7 4.8 3.4 2.74分钟，160℃时浸胶帘子线特性强度595 564 587 595(mN/tex)断裂伸长(%) 13.2 14.2 13.0 12.8比LASE-5%221 203 221 233(mN/tex)热空气收缩率(%)5.4 5.0 3.3 2.54分钟，180℃时模量/收缩比 40.9 40.6 67.7 93.2马洛里管疲劳试验相对运行次数 100 243 116 215管温(℃) 96 82 86 65实例2在机器上纺制聚对苯二甲酸乙二酯，生产双组分纱并在实例1中所示条件下进行牵伸。但是，根据本发明实验F、G和H中，芯部/外皮体积比为60/40，其他所有纺丝，牵伸和帘子线处理条件与实例1一样。实验E不是根据本发明的，因此在外皮和芯部之间没有粘度差。在实验F、G和H中，根据本发明，成品丝上测量的芯部聚合物纺丝孔中相对粘度比皮部聚合物粘度高0.010到0.030。在实验F、G和H中，表2提到的相对粘度为丝中芯部聚合物和外皮聚合物的平均粘度，同样是在纺制成品中测量的。在实验H中获得的有利特性是...

【专利技术属性】
技术研发人员：亨里库斯胡伯图斯威尔赫姆斯弗简，卡尔阿多威冈德，
申请(专利权)人：阿克佐公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]