低收缩高拉伸强度的聚(ε-己酰胺)纱线及其制造方法.docx

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专利名称:低收缩高拉伸强度的聚(ε-己酰***)纱线及其制造方法
技术领域:
本发明是关于工业用聚酰***纱线,尤其是关于低收缩高拉伸强度的聚(ε-己酰***)纱线及其制造方法的。
现已公知有各种各样的高拉伸强度的聚酰***纱线,且在商业上用于各种用途。许多这种聚酰***纱线,由于具有高拉伸强度,。这种纱线亦有制成轮胎帘布所需的尚好的干热收缩性,其值一般在160℃时为5~10%。
在某些方面的应用中;如绳索、工业织物、内胎及增强的橡胶制品如胶皮管和传送带,需要使用其收缩性小于轮胎用纱线收缩性的一类纱线。虽然已知有一些低收缩性纱线,但其拉伸强度一般随其收缩性减小而降低。这样,较低的拉伸强度造成在使用性应用中,要求采用一般不希望采用的粗旦或根数增加的纱线。已制出的其它低收缩、高拉伸强度纱线所用制备方法中,采用了诸如拉伸后相当长时间的汽蒸处理等处理步骤,但这些方法一般不适用于工业生产。此外,用这些方法制成的纱线其模量一般大大减小,且具有不需要的伸长特性。
上述应用中,非常希望使用一种收缩性非常低,同时拉伸强度相当高的热稳定性聚酰***纱线,这种纱还特别具有对称的特性,包括低收缩张力和较好的模量。如果这类纱线可采用易于工业化的方法很容易地制出,则更是人们所希望的。
根据本发明,提供一种聚酰***纱线,该纱线有至少约85wt%的聚(ε-己酰***),其相对粘度大于50,,模量至少约20g/d,韧度大于约240g/d%,160℃的干热收缩小于约3%,结晶完整性指数大于约82,长周期间隔大于约100A°。
根据本发明的一种优选形式,纱线的干热收缩小于约2%,。,,伸长小于10%。根据本发明的优选纱线其断裂伸长率大于约23%,韧度大于250g/d.%。声波模量大于约62g/d。
根据本发明的新型高拉伸强度纱线其干热收缩小于3%,同时亦保留了极好的其它组合使用特性,包括较好的模量。此外,。因此,使用中如在装有纱线的纺织品中,其实际收率可大大小于该纱线在160℃时的数值。
根据本发明,提供了一种制备至少约有85%聚(ε-己酰***)的纱线的方法,其拉伸的、,干热收缩小于约3%,模量至少20g/d。该法包括在至少最后的拉伸阶段拉伸该纱线,同时加热该喂入纱线。拉伸和加热一直进行到当该纱线加热到纱线拉伸温度至少约
185℃,最好190℃时,。充分拉伸,~30%、最好约15~25%之间后,该纱线张力减小。松弛阶段,纱线达到最大长度缩短量时,将其加热到至少约185℃,最好190℃的纱线松弛温度。
在一优选方法中,松弛阶段进行足够长时间的加热,直到使纱线的结晶完整性指数大于约82时为止。最好,减小张力时,先至少在初期松弛增加过程中部分地减小张力,使纱线长度初步缩短,然后在最后的松弛增加过程中,再进一步减小张力,使其长度进一步缩短到其最大长度缩短量。在一优选方法中,通过在炉内,约220~300℃~,达到纱线松弛温度,同时达到最大长度缩短量。
本发明方法是一种工业上可行的方法,其中可将多喂纱头的纱线制成具有高拉伸强度、低收率及较好模量的纱线。该法可成功地使用从未拉伸到“全拉伸”的喂入纱线。如在该法中用全拉伸纱线作为喂入纱,这些纱线的收缩可减少到小于3%,同时保留了其它功能特性如高拉伸强度,高伸长率及较好模量。使用未拉伸或部分拉伸的喂入纱时,可将其转变成高拉伸张度、低收率及较好模量的纱线。
附图
是用于制造本发明优选纱线方法的示意图。
可用于本发明纱线的成纤聚酰***有至少约85wt%的聚(ε-己酰***),其相对粘度以甲酸为基准约50以上,并且通常在拉伸时经熔融纺成高拉伸强度的纤维。优选的聚酰***的相对粘度在约70以上。聚酰***最好是聚(ε-己酰***)均聚物,亦称为耐纶6或聚(ε-己内酰***)。
,使该纱线可用于要求高拉伸强度的应用。最好,。本发明纱线中,。或更高。纱线模量至少约20g/d。模量值也可达到约35g/d或更高。优选的断裂伸长率至少约23%,且可高达约35%,同时使韧性值(拉伸强度X断裂伸长率)高于约240g/d·%,最好高于约250g/d·%,韧性值可高到约300g/d·%或更高。
纱线的旦数变化范围很宽,取决于预定的最终用途及制纱所用设备的生产能力。典型的旦数如约100~4000旦尼尔。单丝的旦数(dpf)变化范围亦很宽,但对多数工业应用,一般在约1~30旦,最好约3~7dpf。
本发明纱线的干热收缩在160℃%,使其特别适用于需要低收缩的那些应用。最好,%。%,且仍保留高拉伸强度及高模量,所以,%~%。本发明纱线的收缩张力在各种典型使用温度下都非常低,因为只有到接近高聚物熔点,即高于约210℃时才出现最大收缩张力。最大收缩张力优选小于约
,。。优选纱线的增长率小于约10%,可低到6%或更低。
本发明纱线中高拉伸强度、低收缩及高模量的组合特性。以及其它有用的特性都归因于纤维的新型微细结构。这种新型微细结构的特点在于包括以前在聚(ε-己酰***)纤维中未观察到的高于约82的结晶完整性指数的组合特性。长周期间隔大于约100
亦是本发明纤维的特点。(LPI)。表观晶粒度(ACS)非常大较好的是在200个平面中大于约65
。,。优选纱的声波模量大于约62g/d。
据信,纤维微细结构起到了如下提供高拉伸强度、低收缩、高模量、低增长及其它所需性能的组合特性的作用。在聚酰***纤维中,至少有两个相在功能上顺序相连,且使纤维具有各种性能,其中一个相是晶相,由晶体构成,这些晶体在很大的一维分子网络中是各各有效的节点。连接这些晶粒的是非晶型的聚合物链节。这些连接分子的浓度(即单位横截面上的数目)和均匀度决定了最后的纤维强度。
在本发明的纤维中,由于结晶度非常高,因此减少了因连接分子热收缩造成的易于收缩的纤维部分,上述结晶度表现在较高的晶体密度,较高的结晶完整性指数及较高的表观晶粒度,如高重折率、低收缩及低收缩张力所揭示的,纤维具有高伸长的结构,但内应力结构较少,此外,在本发明纱线中,据信,连接分子的排列使其在垂直于纤维轴的平面上的浓度极其高。这样,连接分子在横向上充分紧密相挨,使其以减少收缩,同时仍可提高强度,保持模量的方式相互影响。
可用包括仔细控制拉伸和松弛步骤的本发明方法,用已知的聚酰***纱线制出本发明的纱线。可用多喂纱头的纱线方便地实施该法,以提高生产本发明纱线的经济效益。
用于生产本发明纱线的喂入纱必须是高质量的,且可“完全”拉伸、部分拉伸或未拉伸的聚酰***纱线,这一点下面将更清楚说明。高质量喂入纱指基本没有断裂长丝,沿端部旦数变化很少且由只含少量或完全不含非必要物质如去光剂或大球晶的高聚物构成的纱,这种纱对于合格的连续加工是必要的。“完全”拉伸的是指具有相当于在目前所用的、商业化生产方法中被拉伸到高拉伸强度以应用于预计的最终应用的纱线的那些性能的纱线。适于用作喂入纱的可商购到的典型的“全”拉伸纱的拉伸强度约8~,~。部分拉伸的和未拉伸喂入纱一般不能充分地商购到,但在本领域是众所周知的。部分拉伸的纱已被拉伸到一定程度,但不进一步拉伸通常不能使用。~。未拉伸的是指已被纺丝并骤冷过,但尚未接着被拉伸到骤冷的纱线。通常,未拉伸纱的重折率约
。
现在说明附图,所示装置10可用于本发明方法,用“全”拉伸、部分拉伸或未拉伸喂入纱制出本发明的纱线。虽然图示及下面所述的是单头工艺,但该工艺可直接用于采用多喂纱头的纱线以提高经济效益的多喂纱头工艺中。参照附图,喂入纱Y从一个供纱卷装12引出并经过一适宜的纱线张力控制元件14,进入由数字16表示的拉伸区中。
在拉伸区16,拉伸喂入纱,同时在至少最终拉伸阶段中进行加热,如下文清楚说明那样。一直进行拉伸和加热,直到将纱加热到纱线加热温度至少约185℃时,。纱线拉伸温度最好至少约190℃。为达到这一点,针对不同喂入纱,采用不同的拉伸步骤,不同的总拉伸比和不同的加热形式。如,×或更高的总拉伸(倍数),而对“全”拉伸纱,拉伸(倍数)~×较适宜。部分拉伸纱可拉伸到某一中间拉伸率。在多种喂入纱的拉伸过程中,如测量的话,拉伸强度一般提高到大于典型的“全”拉伸纱初始拉伸强度,即增加了约10%~30%,~。
在最后拉伸阶段,随着加热纱线,最好以递增形式进行拉伸。拉伸可在被加热的辊子上开始,并进行一系列的连续拉伸步骤。由于拉伸张力至少约
,达到的温度较高,所以较好的是对纱线进行不接触式加热。这种加热可在强制空气干燥炉、红外或微波加热器等内进行,优选在炉内加热。
参照附图,当纱线以蛇形方式通过总的由18表示而各自由18a~18g表示的七拉伸辊的第一辊系时,对在所示工艺过程的拉伸区16中的纱线Y进行拉伸。这些辊都适宜地装备有导丝辊,导丝辊具有可被加热如通过被加热的循环油进行内加热的能力。此外,控制辊转速,%~1%,以此轻轻拉伸纱线,同时使纱线保持与这些辊紧密接触,为防止滑移,用夹持辊20将纱线Y压在第一个辊18a上。
然后,使纱线Y向前经过七拉伸辊22a-22g的第二辊系22,这些辊可从内部加热,其转速度控制得与第一组辊18的转速类似。即,%~1%,同第一组辊的情形。随着纱线在两组辊之间移动,第一组辊18与第二组辊22(辊18a与辊22a之间)之间拉伸纱线的速度差可以变化。对未拉伸的喂入纱,大部分的拉伸,-×常在第一和第二组辊之间的初始的“间隔”拉伸区进行,同时只对第一组辊18进行适度加热或不加热。对于“全”拉伸喂入纱,在第一和第二组辊18与22之间,基本上不对纱线进行拉伸,且需要时,可绕过第一组辊18,虽然使纱线经过辊18a与20之间的钳口,可使纱线很好地啮合且可避免后面拉伸过程中的滑移。部分拉伸纱一般应按需要,在间隔拉伸区拉伸,使经过间隔拉伸后纱线经受的整个拉伸类似于
或稍微小于“全”拉伸喂入纱。通常,对所有的各种类型的喂入纱,用第二组辊22加热纱线,即在升高的温度如辊温度一般约150~215℃下,进行制备过程中的最后拉伸。
纱线Y向前移过第二组辊之后,进入装有分别标为24和26的两个加热炉的加热拉伸区,加热炉为强制热空气类型的炉子,能使炉温达到至少约300℃。可达到该法最大拉伸率的最后拉伸阶段在加热拉伸区中进行。停留时间和炉温要控制得使纱线Y被加热到至少约185℃,但纱线温度又不能超过或太接近聚酰***熔点。为了进行有效地加热,在典型的加工速度下,可使炉温超过纱线温度130℃。本发明聚(ε-己酰***)纱的纱线温度最好在约185~215℃之间。对聚(ε-己酰***)而言,优选炉温为约220~300℃,~。可利用第二组辊22中的第一个辊22a与第三组辊28(28a~28g七个辊)中的第一个辊28a的速度,确定在加热拉伸区的拉伸,纱线Y移出炉24和26后,以蛇形方式经过上述第三组辊。利用第一组辊中第一个辊18a的速度和第三组辊中第一个辊28a的速度控制加工过程的整个拉伸。第三组辊中的第一个辊28a标志拉伸区16的末端,因为,与第一和第二组辊不同,随纱线前移,该组辊28中连续辊的速度减慢
~%。因此,一般用数字30表示的该工艺的松弛区在辊28a处开始。
在松弛区30,~30%(张力减小,纱线长度缩短)。长度缩短最好为约15~25%。松弛过程中加热纱线,使达到高于约185℃的纱线松弛温度。应使纱线保留较小的张力,,以有助于保持松弛过程中加工连续性,保持产品具有高模量和低增长。
最好使松弛随纱线被加热而以递增方式进行。可在加热的辊上实施初步的松弛,然后在初步松弛递增中,有利地进行一系列连续的松弛步骤。由于最后松弛递增中需要高温,最好对纱线进行非接触式加热,优选在炉内进行。在一优选方法中,松弛期间加热继续进行到足以使纱线结晶完整性指数大于约82。
如图所示,所说的优选方法中的松弛过程先在第三组辊28上以递增松弛方式进行,该组辊被加热到约150~215℃。然后使纱线移过能达到至少约300℃的能使最大松弛产生的最高炉温的松弛炉32和34。达到必须的松弛温度取决于炉温和纱在炉内的停留时间。在合理的加工速度下进行有效加热时,炉内空气温度最好高于纱线温度约130℃。本发明聚(ε-己酰***)纱线温度优选为约185℃~215℃。优选适用于聚(ε-己酰***)纱线的炉温为约220~300℃,~。