專利名稱：：聚酯纖維的一步法制造方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及紡織行業(yè)中聚酯纖維絲的生產(chǎn)，更具體地說，是涉及全取向聚酯纖維(FOY)的一步法制造工藝及裝置。七十年代初、中期，世界各國開發(fā)了3000-3500米/分紡制滌綸預取向絲(POY)的高速紡絲工藝，從此，滌綸纖維絲或聚酯纖維絲的制造工藝主要采用所謂二步法工藝。由于二步法工藝將高速紡絲工序與后拉伸工序分立，故聚酯纖維絲的制造成本仍較高，另外，二步法中前道工序采用高速紡絲，后道工序拉伸速度較低，因此在實際生產(chǎn)中出現(xiàn)了后加工能力不足的缺陷。為降低纖維絲的制造成本，節(jié)省能源和提高生產(chǎn)率，在70年代中、后期，發(fā)展了聚酯纖維絲的一步法制造工藝，即完全省略了后拉伸，而從熔融紡絲直接制得能滿足服役性能要求的全取向絲(FOY)?，F(xiàn)有的一步法工藝歸納有以下三種(1)卷繞速度在5500米/分以上的超高速紡絲(適合于超高速紡絲的超高速紡絲機已投放市場，但價格昂貴)。(2)卷繞速度為4000米/分～5000米/分的熱管紡絲一步法(或所謂溫度梯度法)。(3)在熔融紡絲線上安裝一對拉伸熱盤的所謂“紡-拉一步法”。在這三種方法中，第(1)和(3)種方法需要價格昂貴的超高速卷繞機和拉伸熱盤，超高速卷繞機運轉(zhuǎn)時機械磨損大，設(shè)備損耗嚴重，這也無形中提高了纖維絲的制造成本。第(2)種方法中盡管已采用了熱風、熱板、紅外線、火焰、水蒸汽等各種加熱手段，對加熱器的位置也作了一些研究，但如果在紡絲線上不附加張力，卷繞速度仍需在4000米/分以上，低于這個速度的熱管紡絲一步法所得的纖維絲不是強度太低，就是伸長過大(大于40%)或沸水收縮率過大(高于8%)，不能滿足服役性能要求，而且，通常采用的熱管加熱器的結(jié)構(gòu)，導致工藝生產(chǎn)中生頭困難。再者，假如制造商已采用FOY一步法工藝，如果他再想制備POY纖維絲，則必須拆除加熱器，這樣就費工費時，缺乏靈活性，不適應不斷變化著的市場對各種聚酯纖維絲的需求。如果能在3200-3800米/分卷繞速度下一步制得FOY聚酯纖維絲，則大多數(shù)工廠利用現(xiàn)有的機械設(shè)備就能一步制得聚酯長絲，這樣，其機械設(shè)備投資都較上述三種方法少，從而可望大大降低FOY的生產(chǎn)成本。本發(fā)明的目的在于提供一種在卷繞速度為3200米/分-3800米/分下一步制造全取向聚酯纖維絲的工藝。本發(fā)明的又一個目的在于提供一種卷繞速度為3200米/分～3800米/分左右的帶有平板加熱器的一步制造聚酯纖維絲的裝置。本發(fā)明構(gòu)思如下吳嘉麟等的非平衡熔融紡絲新理論(1987年中國高分子年會論文預印集，P1149，吳嘉麟;中國紡織大學學報，Vol12，No.1，吳嘉麟)指出，細頸化結(jié)晶現(xiàn)象是一種臨界現(xiàn)象，由此得到不論紡絲的歷史如何，或不論用何種方法，只要能夠達到一定的紡絲應力值并在此位置加溫至一定溫度，便能得到全取向的聚酯纖維絲(FOY)，提高紡絲速度并不是唯一的和十分有效的途徑。從這個構(gòu)思出發(fā)，本發(fā)明的在3200～3800米/分卷繞速度下以一步法制造聚酯纖維絲(FOY)的方法主要包含下列幾個步驟(ⅰ)熔融聚酯由噴絲頭擠出，(ⅱ)聚酯經(jīng)過甬道拉絲成形，(ⅲ)冷卻、上油和得到成品。上述方法的關(guān)鍵在于它采用的卷繞速度為3200～3800米/分，其中較佳為3200～3500米/分;步驟(ⅱ)中在甬道中和在纖維絲上紡絲應力為大于1.50×108達因/平方厘米的任一值所對應的位置處將聚酯纖維絲條加熱，使絲條溫度達到(0.267-1)Tm左右，其中Tm為聚酯纖維熔點，作為一個更為實際姆槳福夢恢醚≡裨詼雜τ詵乃坑τ諼.50×108-1.60×108達因/平方厘米范圍內(nèi)的任一值處，其中紡絲應力較佳為1.50×108-1.55×108，最佳為1.53×108達因/平方厘米(0.13克/旦)處，達到上述應力值的紡程位置隨紡絲速度、纖度、噴絲板孔數(shù)、不同的集束位置、不同的紡絲甬道結(jié)構(gòu)及紡絲線上是否加張力而變化，該位置可根據(jù)用張力儀所測的絲束張力值除以卷繞絲截面積所得實際紡絲應力值是否處于上述本發(fā)明規(guī)定的應力范圍內(nèi)而確定。上述在達到一定應力值的紡程位置處對纖維絲的加熱，加熱區(qū)間可為0.5-1.3米，這樣可以保證絲束溫度達到上述規(guī)定的值(0.267-1)Tm，并保證了運動絲條結(jié)構(gòu)發(fā)生變化所需的一段時間。作為本發(fā)明的一個組成部份或變化形式，在上述對絲條加熱之前或在上述加熱位置的上方區(qū)間，可對絲條預熱，預熱溫度一般小于0.267Tm，在本發(fā)明不附加任何張力裝置的情況下，該區(qū)間范圍大約為0-4米。經(jīng)預熱的絲束，在前述達到一定紡絲應力處的高溫加熱時，加熱溫度可相應降低或加熱區(qū)間相應縮小。本發(fā)明的聚酯纖維絲條在經(jīng)加熱后最好經(jīng)過大于0.2米的自然冷卻或經(jīng)吹捻強迫冷卻后上油，絲條不經(jīng)冷卻而上油，纖維強度將下降。另外，在絲條經(jīng)加熱后對其進行吹捻，將大大改善其卷繞成形性和后加工性能。上述是本發(fā)明關(guān)于在3200～3800米/分卷繞速度下一步法制造聚酯纖維絲(FOY)的方法，下面還將敘述對應于上述方法的作為本發(fā)明另一重要內(nèi)容的一步法制造聚酯纖維(FOY)的裝置本發(fā)明所述的一步法制造聚酯纖維絲(FOY)的裝置包含紡絲機、卷繞機和作為本發(fā)明一個主要內(nèi)容的平板加熱器。其中，紡絲機可如該
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中人們所熟知的那樣，包括噴絲板、導絲器、甬道、上油裝置和其他附件，如為提高聚酯纖維卷繞成形和后加工性能而增設(shè)的吹捻裝置。本發(fā)明可采用的卷繞機為紡絲行業(yè)中各種常用的卷繞速度大于3000米/分的卷繞機，但由于太高的卷繞速度會使機器磨損加劇，對機器的其他性能要求也更高，而且，現(xiàn)有技術(shù)已有4000米/分以上的一步法制造聚酯纖維絲的裝置，因此，本發(fā)明較佳選取能夠達到卷繞速度為3200米/分～3800米/分的卷繞機。如上所述，本發(fā)明方法的關(guān)鍵在于在紡絲應力達到某一值的位置處將聚酯纖維絲條加熱，該加熱過程是由位于甬道中的平板加熱器完成的，該平板加熱器由一加熱平板和與此加熱平板相配合的另一帶凹槽加熱平板構(gòu)成，其中，所述加熱平板由金屬板、電熱絲和金屬板后部的隔熱層組成;所述帶凹槽加熱平板的前部有多個由金屬板圍成的矩形或正方形框架，各框架之間圍成上述凸槽，凹槽的數(shù)目與一個紡絲甬道內(nèi)的絲束數(shù)目相同，如可為1個、2個、4個、6個、8個等，凹槽后部依次為電熱絲和隔熱層，這里隔熱層所用的隔熱材料為石棉、硅酸鋁等各種常用的隔熱材料。上述兩平板均用電熱絲加熱，結(jié)構(gòu)對稱，這種結(jié)構(gòu)使在兩平板之間，在同一水平位置的不同凹槽內(nèi)形成一個平行于平板表面的等溫空氣層，從而保證了紡絲線上同一水平位置上不同槽內(nèi)的絲條溫度相同，也使得當運動絲條沿平行板橫行抖動時，絲條在此等溫層中抖動，因此，這種帶凹槽加熱板的結(jié)構(gòu)比現(xiàn)有技術(shù)中圓形的管道加熱結(jié)構(gòu)更易使絲條加熱均勻。如上所述，本發(fā)明的聚酯纖維絲條在經(jīng)加熱后最好經(jīng)吹捻后上油，這樣將提高纖維束的抱合力。因此，本發(fā)明所述的一步法制造聚酯纖維絲(FOY)的裝置還可包含一吹捻裝置，它應位于上油裝置之前(或之上)，該裝置是一側(cè)面上帶有開口的管子，壓縮空氣由開口導入，其流向與纖維束方向一致，從而使卷繞張力小于紡絲張力，這樣就保證和提高了卷繞成形的穩(wěn)定性。本發(fā)明所述的一步制造聚酯纖維絲(FOY)的方法能利用國內(nèi)和國際紡織行業(yè)中現(xiàn)有的占90%以上的卷繞速度為3000-3500米/分的高速紡絲卷繞機實現(xiàn)一步法紡絲，即獲得強度為3.4-4.5g/d，伸度為16-35%，沸水收縮率為2-4%，結(jié)晶度達50%，雙折射值達0.155的全取向聚酯纖維絲(FOY)。采用本發(fā)明方法制造FOY絲，由于它省去了后拉伸工序，使其成本接近于生產(chǎn)POY絲的成本，染色性能同超高速一步法制得卷繞絲的染色性能相似，均優(yōu)于二步法工藝，特別適用于制造40-75D的細旦絲和異形絲，采用本發(fā)明所述的一步法制得的纖維絲，不須作進一步處理，就可直接用于針織和機織生產(chǎn)。本發(fā)明的一步制造聚酯纖維絲(FOY)的裝置還可實現(xiàn)POY生產(chǎn)與FOY生產(chǎn)兼容，當用它生產(chǎn)POY時，不必折除加熱器，而只要拉開帶凹槽的加熱?，不加螖n闖善脹≒OY高速紡絲裝置。下面將結(jié)合本發(fā)明的實施例對其進行更深入具體的說明。圖1是本發(fā)明聚酯纖維絲的制造工藝示意圖。圖2是本發(fā)明所述一步法制造全取向聚酯纖維絲的裝置中的加熱器示意圖。圖3是圖2所示加熱器與甬道的裝配示意圖。圖4甬道內(nèi)絲束應力沿紡程的分布圖。圖5為相應于不同加熱位置所得卷繞絲的強度和伸長。圖6為相應于不同加熱溫度所得卷繞絲的強度、伸長和雙折射值。在以下各實施例中，聚酯纖維各性能指標的測試方法如下A.強伸度用西德Textechna公司的STATIMAⅠ-Ⅱ型強伸儀，測試樣品長為200mm，在拉伸速度為100mm/min的條件下進行測試。B.沸水收縮率樣品長為Lo(Lo約為200mm)，懸掛張力值為0.02克/旦，浸沒于沸水浴中，10分鐘后測定其收縮后的長度L值，再用下式求出樣品的沸水收縮率收縮(%)＝100(Lo-L)/LoC.密度將四氯化碳和正庚烷以適當比例配成密度梯度管，密度范圍為1.3642～1.4560，測定溫度為25±0.5℃，測得密度為ρ。結(jié)晶度β由下式給出β＝ρc(ρ-ρa)/ρ(ρc-ρa)其中ρ為測得密度，ρc＝1.445，ρa＝1.335D.雙折射雙折射由色那蒙補償法測得，鈉光波長為入＝0.589μm。E.染色性能將樣品織成襪筒，洗凈后用分散蘭2BLN染料染色，染料在樣品中的含量為1%(重量)，在130℃下染40分鐘，沸水皂煮1小時，涼干后用電子測色配色儀MatchScanⅡ型比較樣品的染色深度，得到各種樣品的相對上染量。實施例1參見圖1，本實施例所述的全取向聚酯纖維絲一步法制造裝置包括噴絲板1、保溫層2、集束用導絲器4、平板加熱器6、上油裝置11和卷繞機12以及甬道15等，其中卷繞機12選用紡織工業(yè)中常用的繞速為3000米/分至3500米/分的高速卷繞機;作為本實施例所述裝置的主要內(nèi)容，所述平板加熱器6位于甬道15之中，該平板加熱器6的結(jié)構(gòu)見圖2。如圖所示，該平板加熱器6由一加熱平板20和與此加熱平板20基本平行的另一帶凹槽加熱平板21構(gòu)成，其中，所述加熱平板20由金屬板22、電熱絲23和金屬板后部的隔熱層24組成;所述帶凹槽加熱平板21的前部有多個由金屬板25圍成的長方形框架26，各框架26之間圍成凹槽27，在本實施例中凹槽27個數(shù)選作4，凹槽27的截面做成正方形，運動絲束3位于該正方形的中心，由于凹槽27的截面積太小，會使空氣阻力減小，從而延長了所需的甬道長度(即達到某一紡絲應力值所對應的甬道長度)，反之，凹槽27的截面積太大，將易產(chǎn)生明顯的空氣層上下對流，不利于紡絲的穩(wěn)定性，因此，凹槽27的邊長較佳選取為10-40mm(最佳為18-22mm)，上述凹槽27的后部依次為電熱絲28和隔熱層29，這里所謂的金屬板22和25的材料可選用不銹鋼等各種導熱材料，隔熱層24和29的材料可選用硅酸鋁。圖3是前述平板加熱器6與甬道15的裝配示意圖，其中加熱平板20固定在紡絲甬道15的后壁，帶槽加熱平板21可平行于加熱平板20前后滑動(甬道上開有滑槽)，這樣可使紡絲操作生頭方便，先拉開帶凹槽加熱平板21，一個部位四束絲可用生產(chǎn)POY絲那樣的操作方法生頭，四束絲上下集束后，合上有槽加熱平板，此時四課揮諫鮮鏊母黿孛嫖叫蔚陌疾7的中央，該種結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)POY工藝與FOY工藝兼容，當采用POY工藝生產(chǎn)時，不必拆除加熱器6，只要拉開帶凹槽加熱平板21，不加溫，即成普通POY絲加工甬道。本實施例中，平板加熱器6的長度為1.1米，甬道全長取為5.8米，上甬道口30離噴絲板1的距離L＝1.8米，卷繞速度為3500米/分，所用紡絲原料為滌綸切片，其特性粘度為[η]＝0.66，所紡聚酯纖維旦數(shù)為99.6旦。本實施例所述的一步法制造全取向聚酯纖維絲(FOY)的工藝流程包括下列步驟(Ⅰ)絲束由孔數(shù)為36和孔徑為0.3mm的噴絲板1噴出;(Ⅱ)在距上甬道口30上方10cm左右處將從噴絲板1噴出的絲束集成束;(Ⅲ)集束后絲束進入甬道15并穿過平板加熱器6;(Ⅳ)絲束出甬道15后，在距下甬道口31下方20cm處由上油裝置11上油;(Ⅴ)由卷繞機12卷繞后得到成品。用偏轉(zhuǎn)角小于5°的張力儀測量上、下甬道口30，31兩處的張力，其張力值分別為8.8克和14.2克。由式，1克/旦＝1.18×109達因/平方厘米(纖維密度＝1.34克/立方厘米)得到上、下甬道口的紡絲應力為0.088克/旦和0.142克/旦，由此可得甬道15內(nèi)絲束應力沿紡程的分布(即紡絲應力沿離噴絲板距離L的分布)，如圖4所示，在距噴絲板6.3米處，絲束上的紡絲應力值達到約1.53×108達因/平方厘米(0.13克/旦)(即處于前述1.50×108～1.60×108達因/平方厘米應力值區(qū)間內(nèi))。為了使絲束溫度達到(0.267～1)Tm(本實施例中為130～260℃)左右，設(shè)定加熱器6的表面板溫為350℃左右，上下調(diào)節(jié)加熱器6在甬道15中的位置(以加熱器下端作為參考點)，相應于不同加熱位置(以距離噴絲板1的距離L為基準)所得卷繞絲的強度和伸長如圖5所示，從圖中可看出，在絲束上紡絲應力達到1.53×108達因/平方厘米位置附近加熱時，所得卷繞絲強度迅速上升，而伸長迅速下降，以上述工藝參數(shù)得到的樣品，其強度為3.99克/旦，伸長為23.8%，雙折射為0.160，沸水收縮率為1.5%，密度為1.383克/立方厘米，各性能指標均達到了全取向聚酯纖維絲(FOY)的性能要求(強度為3.8～4.5克/旦，伸長為16-35%，沸水收縮率為2-4%，雙折射值超過0.155)。當所述平板加熱器6不通電，即它不對絲束加溫時，則用上述紡絲裝置得到的卷繞絲為普通預取向絲(POY)，與上述FOY絲比較，其各性能指標如下強度為2.01克/旦，伸長為67.5%，雙折射為0.089，沸水收縮率為65.7%。本實施例還對所得產(chǎn)品進行了差熱分析，在差熱分析圖譜中，發(fā)現(xiàn)其玻璃化轉(zhuǎn)變峰和結(jié)晶峰都已消失，其圖譜接近于二步法制取FOY的圖譜。實施例2本實施例中，平板加熱器6的位置固定于噴絲板1下方6.8m處，除了加熱板溫度可變化之外，其他紡絲條件同實施例1，在不同的加熱溫度下所得卷繞絲的強度、伸長、雙折射值見圖6，圖中，曲線1為卷繞絲的雙折射值隨平板加熱溫度的變化，曲線2為卷繞絲的強度隨加熱溫度的變化，曲線3為卷繞絲的伸長隨加熱溫度的變化，由圖中看出，加熱平板20，21的溫度為350℃時，其強度最大，伸長最大。當加熱溫度大于350℃或小于350℃時，所得卷繞絲的力學性能均變差。實施例3在本實施例中，紡絲速度為3200-3800米/分，纖維旦數(shù)及加熱器所在位置見表1，其他紡絲參數(shù)與實施例1相同，其結(jié)果見表1表1中各樣品的染色深度與常規(guī)拉伸絲的比較見表2。表2常規(guī)拉伸絲No.1No.2No.3No.4染色深度100%228%208%227%156%</table></tables>由表2可知，由本發(fā)明方法生產(chǎn)的FOY絲，其染色性能遠遠好于常規(guī)拉伸絲的染色性能。權(quán)利要求1.一種一步法制造全取向聚酯纖維絲(FOY)的方法，包含下列步驟(ⅰ)熔融聚酯由噴絲頭擠出，(ⅱ)聚酯經(jīng)過甬道拉絲成形，(ⅲ)冷卻、上油而得到成品，其特征在于該方法采用的卷繞速度為3200-3800米/分，并且在步驟(ⅱ)中，在甬道內(nèi)和在纖維絲上紡絲應力為1.50×108-1.60×108達因/平方厘米范圍內(nèi)的任一值處將聚酯纖維絲條加熱至(0.267～1)Tm，其中Tm為聚酯纖維熔點。2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于較佳的所述加熱位置為纖維絲上紡絲應力為1.50×108-1.55×108達因/平方厘米范圍內(nèi)的任一值處。3.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(Ⅱ)后，將聚酯纖維絲條冷卻或吹捻，其中冷卻區(qū)長度應大于0.2米。4.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在所述將聚酯纖維絲條加熱之前，可將其預熱至小于0.267Tm。5.一種一步法制造全取向聚酯纖維絲(FOY)的裝置，包含由噴絲板、導絲器、甬道上油裝置等構(gòu)成的紡絲機和卷繞機，其特征在于所述甬道中安裝有由一加熱平板和與此加熱平板相配合的另一帶凹槽加熱平板構(gòu)成的平板加熱器。6.按權(quán)利要求5所述的聚酯纖維絲(FOY)制造裝置，其特征在于所述卷繞機的繞速為3200～3800米/分。7.按權(quán)利要求5所述的聚酯纖維絲(FOY)制造裝置，其特征在于所述加熱平板由金屬板、電熱絲和金屬板后部的隔熱材料組成;所述帶凹槽加熱平板的前部有多個由金屬板圍成的矩形或正方形框架，各框架之間圍成上述凹槽，凹槽后部依次為電熱絲和隔熱材料。8.按權(quán)利要求7所述的聚酯纖維絲(FOY)制造裝置，其特征在于所述凹槽的截面為邊長為10～40mm的正方形。9.按權(quán)利要求5所述的聚酯纖維絲(FOY)制造裝置，其特征在于所述帶凹槽加熱平板可平行于加熱平板前后滑動。全文摘要本發(fā)明涉及一步法制取全取向聚酯纖維絲的方法和實現(xiàn)該方法的裝置，該方法特征在于在3200～3800米/分卷繞速度下，在甬道的某一特定位置處對絲束加熱以使其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而得到達到規(guī)定性能要求的全取向絲；所述裝置是在現(xiàn)有紡絲裝置上，附加上由加熱平板和與此加熱平板相配合的另一帶凹槽加熱平板構(gòu)成的平板加熱器。由本發(fā)明制取的全取向纖維絲，可直接用于針織或機織生產(chǎn)，其伸長小，沸水收縮率低，而且成本低廉。文檔編號D01D5/08GK1036415SQ8810555公開日1989年10月18日申請日期1988年7月20日優(yōu)先權(quán)日1988年7月20日發(fā)明者吳嘉麟,吳宗銓,羅寧燕,陳稀申請人:中國紡織大學