專利名稱：具有高強度、高起始模量和低縮率的聚酯拉伸絲的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有高強度、高起始模量和低縮率的聚酯拉伸絲。
自從成纖、可熔紡的合成聚合物問世以來，纖維制造者就在尋求提高用這些聚合物制成纖維的強度及穩定性的方法。這些纖維需要有更高的強度和穩定性，以便能為其制品開辟紡織品以外的用途。這種非紡織品用途(也稱為“工業應用”)包括輪胎簾線;縫紉用線;帆布;用于路基結構或其它土工布用途的織物如纖維網或墊;工業用帶;復合材料;建筑用織物;軟管的增強材料;層壓織物;繩索;以及類似用途。
最初，上述這些工業用途中有一些是用粘膠人造絲。以后，選用耐綸代替了粘膠人造絲。在70年代，采用了常規的聚酯，例如聚對苯二甲酸乙二醇酯，與耐綸競爭。約在1985年，采用了高性能的聚酯，即，強度和穩定性更高的聚酯。
下面對某些早先的技術專利作簡要的概述表明，作為提高這些合成纖維的強度及穩定性的可能途徑已經研究了三個通用領域。這些通用領域包括針對拉伸的方法;針對聚合物的方法;和針對紡絲的方法。以后，“拉伸”一詞指的是對初紡絲進行的加熱和拉伸。“聚合物的處理”是指在紡絲之前對聚合物所進行的處理。“紡絲”一詞是指由聚合物形成長絲的過程，但不包括拉伸。
針對拉伸的方法如下在美國專利3，090，997中公開了將聚酰胺多級拉伸，用于輪胎簾線。纖維(耐綸)按常規方式熔紡。然后，將紡出的纖維以三級工藝(拉伸、加熱、然后再拉伸)拉伸，以得到具有以下性能的拉伸耐綸強度范圍從10.4至11.1克/旦(gpd);伸長率從12.9%至17.1%;起始模量48至71克/旦/100%。
在美國專利3，303，169中公開了一種用于聚酰胺的單級拉伸工藝，它能形成高模量、高強度和低縮率的聚酰胺絲。將初紡的聚酰胺絲拉伸並且加熱到至少115℃，使得到的絲具有強度為5至8.7克/旦;伸長率16.2%至30.3%;起始模量為28至59克/旦/100%;縮率為3.5%至15%。
在美國專利3，966，867中，公開了一種用于相對粘度為1.5至1.7的聚對苯二甲酸乙二醇酯的二級拉伸工藝。在第一階段，將纖維加熱到70至100℃，以3.8至4.2的拉伸比拉伸。在第二階段，纖維加熱至210至250℃並且拉伸，第一階段與第二階段拉伸比合計為5.6至6.1。所得的拉伸絲具有以下性能強度，7.5至9.5克/旦;伸長率在5克/旦負載下約為2%至5%;斷裂伸長率為9%至15%;縮率1%至4%。
在美國專利4，003，974中，將具有24至28的高相對粘度(HRV)的聚對苯二甲酸乙二醇酯初紡絲加熱至75到250℃，同時進行拉伸，然后通過一個加熱的拉伸輥，最后將其松弛。拉伸絲具有以下性能強度，7.5至9克/旦;縮率約4%;斷裂伸長率12%至20%;在7%伸長率時負載能力為3至5克/旦。
通過對聚合物進行處理來增強絲性能的那些方法如下在美國專利4，690，866和4，867，963中，聚對苯二甲酸乙二醇酯的特性粘度大于0.90。在美國專利4，690，868中，初紡(未拉伸的)纖維的性能如下斷裂伸長率，52%至193%;雙折射，0.0626至0.136;結晶度，19.3%至36.8%。拉伸纖維的性能如下強度，5.9至8.3克/旦;伸長率，10.1%至24.4%;干縮率(在210℃)，0.5%至10.3%。在美國專利4，867，936中，拉伸纖維的性能如下強度，約8.5克/旦;斷裂伸長率，約9.9%;縮率(在177℃)，約5.7%。
針對紡絲的方法如下在美國專利3，053，611中，聚對苯二甲酸乙二醇酯在離開噴絲板之后在2米長的紡絲甬道中加熱到220℃。然后在第二甬道中將冷水噴在纖維上。以每分鐘1600米的速度卷繞纖維，隨后拉伸，得到的強度為3.5克/旦。
在美國專利3，291，880中，聚酰胺由噴絲板紡成絲，然后冷至約15℃，隨后用直接蒸汽噴射纖維。初紡纖維的取向度和雙折射低。
在美國專利3，361，859中，將合成的有機聚合物紡成纖維。當纖維由噴絲板出來時，將其“受控延緩冷卻”。這一冷卻處理在離噴絲板7英寸內進行。在頂端(即，靠近噴絲板的一端)，溫度為300℃，底端(離噴絲板約7英寸)處最低溫度為132℃。初紡絲的雙折射低(11至35×10-3)，拉伸絲的性能如下強度，6.9至9.4克/旦;起始模量，107至140克/旦/100%;斷裂伸長率，7.7%至9.9%。
在美國專利3，936，253和3，969，462中，提到了使用溫度范圍從約115至460℃的加熱套管(長度從半英尺至2英尺)。在前一專利里，加熱套管頂部的溫度比底部高。拉伸絲的性能如下強度，9.25克/旦;伸長率，約13.5%;縮率，約9.5%。在后一專利里，加熱套管內的溫度是恒定的，拉伸絲的性能如下強度，8至11克/旦;斷裂伸長率，12.5%至13.2%。
在美國專利3，946，100中，纖維由噴絲板紡出，在低于80℃的溫度下固化。然后將固化的纖維重新加熱至在聚合物玻璃化轉變溫度(Tg)和熔化溫度之間的某一溫度。將這種加熱的纖維以每分鐘1000至6000米的速度由加熱區拉出。絲的性能如下強度，3.7至4.0克/旦;起始模量，70至76克/旦/100%;雙折射，0.1188至0.1240。
在美國專利4，491，657中，聚酯復絲以高速熔紡並且固化。固化在一個由加熱區和冷卻區依次相連組成的區域內進行。加熱區是一個園筒形加熱器(溫度范圍從聚合物的熔化溫度至400℃)，其長度在0.2至1.0米的范圍。冷卻區用10℃至40℃的空氣冷卻。用這種方法制得的拉伸絲具有以下性能起始模量，90至130克/旦;縮率(在150℃)小于8.7%。
在美國專利4，702，871中，將初紡的纖維進入到一個具有負壓的箱中。初紡絲的性能如下強度，3.7至4.4克/旦;雙折射，104.4至125.8(×10-3);干熱收縮率，在160℃15分鐘為4.2%至5.9%。
在美國專利4，869，958中，纖維在不加熱的情形下紡絲，然后卷繞。這時，纖維的結晶度低，但其取向度高。然后對纖維進行熱處理。拉伸纖維的性能如下強度，4.9至5.2克/旦;起始模量，92.5至96.6克/旦/100%;伸長率，28.5%至32.5%。
以上對這些專利的評述表明，雖然用上述各種方法制得的纖維中有一些具有高強度或低縮率，但是上述專利中沒有一個講明一種同時具有高強度、高起始模量和低縮率的絲或是制造這種拉伸絲的方法。
最接近的述及這種拉伸絲的專利是美國專利4，101，525和4，195，052，它們是轉讓給本專利受讓人的相關專利。在上述兩份專利中，聚酯長絲(聚合物的特性粘度為0.5至2.0分升/克)通過噴絲板熔紡。熔融的長絲通過一個固化區，在那里它們被均勻地驟冷並轉變成固體纖維。并以相當大的應力(0.015至0.15克/旦)將固體纖維從固化區拉出。這些初紡的固體纖維具有相當高的雙折射(約9至70×10-3)。然后將初紡的固化纖維拉伸，接著進行熱處理。拉伸的長絲性能如下強度，7.5至10克/旦;起始模量，110至150克/旦/100%;175℃下在空氣中的縮率小于8.5%。
本發明涉及一種聚酯拉伸絲。該絲的特點在于起始割線模量大于150克/旦/100%。絲的特點還在于縮率小于8%或強度大于7.5克/旦。換句話說，該絲的特點在于強度至少為10克/旦，起始模量至少為120克/旦/100%，縮率小于8%。
為了示例說明本發明，給出了本申請推薦的工藝示意圖，但是應該理解，本發明不受所給的精確排列及裝置的限制。
圖1是紡絲過程的示意正面圖。
圖2是拉伸過程的示意正面圖。
下面將討論高強度、高起始模量和低縮率的拉伸絲以及紡絲方法。“絲”或“長絲”或“纖維”這些名詞是指由可熔紡的合成有機聚合物制成的任何纖維。這些聚合物可以包括(但不限于)聚酯和聚酰胺。但是本發明特別與聚酯有關，例如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚對苯二甲酸乙二酯和聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)的混合物，以及用多官能單體(例如季戊四醇)交聯的聚對苯二甲酸乙二醇酯。上述的聚合物都可以含有常規的添加劑。絲的特性粘度(對于以對苯二甲酸乙二醇酯為基礎的聚合物)可以在0.60和0.87之間。但是本發明不依賴于聚合物的特性粘度。
參照圖1，圖中給出了一個紡絲裝置10。一個用于熔融聚合物切片用的常規擠出機12與紡絲箱體14以管道將流體連結。在紡絲箱體14中，有一個常用的紡絲組件16。正如工藝上所熟知的，紡絲組件可以是環形結構，聚合物在其中通過細粒堆積床而被過濾。作為組件16的一部分還包括一個常規的噴絲板(未畫出)。聚合物通過組件的流速可以是從約每小時10至55磅。上限55磅僅由組件16的實際尺寸決定，使用大的組件可以達到更高的流速。紡出的單絲旦數(dpf)是從3至20;發現絲的單絲旦數在5至13之間時性能及機械性質最佳。
當纖維離開噴絲板時，可以任選地用熱的惰性氣體(例如空氣)將其驟冷。參見美國專利4，378，325，本發明引用作為參考。一般來說，氣體約為230℃，供氣速度為每分鐘約6標準立方英尺。如果空氣太熱，即，高于260℃，則紡出的絲的性能顯著變差。
緊靠在紡絲箱體14下面適貼地(即，不透氣地)裝上一個細長的甬道18。該甬道中有一個長度約5米或更長的絕緣管。后面會詳細討論甬道長。管子的內徑足夠大(例如12英寸)，以便使從噴絲板出來的所有的絲都可以不受阻礙地通過管子的全長。甬道內裝有許多常用的圈狀加熱器，以便使管內沿其長度上的溫度可以控制。后面將更詳細地討論甬道溫度。甬道最好再分成若干獨立的溫度區域，以便更好地控制溫度。曾采用過總數4至7個獨立的溫度區域。甬道18可以包括一個用以控制甬道內溫度的空氣分布器17。分布器17的設計是均勻地圍繞甬道四周散布惰性氣體。
在甬道18的最底端內有一個多孔的截錐體19，即，一種用來減小空氣湍流的裝置。錐19最好長3英尺、最上端的直徑與管徑同樣大，其底端的直徑約為上端的一半，用它從管的最底端經過帶閥的排氣口21排出空氣，因此由空氣湍造成的絲路內的運動得以大大減小或完全排除。
在甬道的最底端下面，絲路匯聚。這種匯聚可以用上油裝置20來完成。這是絲在離開噴絲板之后第一次接觸。
甬道的長度、單根長絲不匯聚、以及甬道內的空氣溫度分布情況對于本發明特別重要。關于溫度分布，應選擇有一段很大的長度(例如至少3米)纖維溫度要保持在其玻璃化轉變溫度Tg之上。可以使整個甬道長均保持在此溫度以上，但這會使卷繞的長絲不穩定。因此，從實用出發，甬道內的溫度降低到Tg以下，以便使長絲在被卷繞之前不再發生晶體結構的變化。最好是所選擇的溫度分布是在無外熱時管內應形成的溫度分布。但是“無外熱”的情況是不實際的，因為有許多因素影響甬道溫度。因此甬道溫度分布最好控制為線性分布，就可將溫度排除在工藝變量之外。
甬道內的空氣溫度用圈形加熱器控制。最好是將甬道分成許多區域，各區域的空氣溫度控制在一個預定的數值。因此，甬道內的溫度可以沿甬道長而變。甬道內的溫度可以高到聚合物的紡絲溫度或降到等于或低于聚合物的玻璃化轉變溫度Tg(聚酯的Tg約為80℃)。在噴絲板周圍，當熔融聚合物流出噴絲板時，即達聚合物紡絲溫度。但是，甬道內的空氣溫度最好是控制在從約155℃至約50℃。在卷繞速度低于14000英尺/分時，鄰近噴絲板的第一區最好是控制在約155℃，而離噴絲板最遠的一區控制在約50℃。
但是，線性溫度分布並非是能造成本發明所公開的優越結果的唯一溫度分布。在卷取(或卷繞)速度大于14000英尺/分(4300米/分)時，溫度分布(當甬道內分成四個獨立的區域時)可如下述(由噴絲板向下起始)第一區-約105℃至約110℃;第二區-約110℃至約115℃;第三區-約125℃至約130℃;第四區-115℃至約120℃。
關于甬道長度，對于本發明而言，甬道長度至少應為5米(至少有3米長的甬道溫度在聚合物的Tg以上)，對長絲在此后匯聚是必要的。甬道長在5米至9米之間對于本發明是合適的。9米的上限是實用方面的限制，如果空間允許，長度還可以增加。為了使強度性質最佳，甬道長最好是大約7米。
纖維在流出甬道18后匯聚。這一匯聚可以通過使用上油裝置來完成。
在第一次上油(即，在上油裝置20處)之后，將絲引向一對導絲輥22，然后進行第二次上油(即，在上油裝置23處)。進行第一次上油，目的是減少在纖維上形成的靜電。但是該油劑在纖維通過導絲輥時有時會被甩掉。因此在導絲輥之后重新上油。
然后使纖維通過一個通常有張力控制的卷繞頭24。卷繞速度一般大于3000米/分(9800英尺/分)，最高速度為5800米/分(19000英尺/分)。最佳范圍約為10500至13500英尺/分(約3200至4100米/分)。最優選的范圍是在約3200至3800米/分(10500至12500英尺/分)之間。當速度低于9800英尺/分(3000米/分)時，絲的均勻性變差。
用以上方法制得的初紡絲一般以較小的結晶和較高的取向度為特征。據信正是初紡絲的這些性質使其能獲得下述獨特的拉伸絲性質。
為了檢驗聚酯初紡絲的一般特點，小結晶是按結晶尺寸(以埃量度)確定，取向則用下列術語之一來定義光學雙折射;非晶雙折射;或結晶雙折射。另外，聚酯初紡絲用結晶尺寸和長周期間隔(結晶之間的距離)表征。概括地說，聚酯初紡絲的特征為結晶尺寸小于55埃，同時光學雙折射大于0.090或非晶雙折射大于0.060，或長周期間隔小于300埃。更為可取的是，聚酯初紡絲的結晶尺寸從約20至約55埃，而光學雙折射從約0.090至約0.140，或非晶雙折射從約0.060至約0.100，或長周期間隔從約100至約250埃。最好是，聚酯初紡絲的結晶尺寸是從約43至約54埃，光學雙折射從約0.100至約0.130，或非晶雙折射從約0.060至約0.085，或是長周期間隔從約140至約200埃。
正如在一般工藝技術中可顯而易見的那樣，在最佳卷繞速度范圍內初紡絲的結晶尺寸約為常規絲的1/3。結晶尺寸隨卷繞速度增加而變大，但仍保持很小。絲的非晶取向很高，約為正常數值的2倍。這種絲的取向很高而縮變很低，以致于可以不經任何拉伸就使用。
此外，聚酯初紡絲具有以下性能結晶含量(即，由密度確定的結晶度)為10%至43%;強度為約1.7至5.0克/旦;模量為10至140克/旦/100%;熱空氣縮率約為5%至45%伸長率為50%至160%。
然后將初紡絲拉伸。參看圖2。可以采用一級或二級拉伸操作。但是業已確認，第二級拉伸操作幾乎沒有什么另外的好處。有可能將紡絲操作直接與拉伸操作連接起來(即，紡絲/拉伸工藝)。初紡絲可以由紗架30向喂絲輥34供料，喂絲輥可以從室溫加熱到最高約150℃。然后，將纖維喂入到拉伸輥38上，該輥可以從室溫加熱到大約255℃。如果沒有加熱輥，可以采取一個可以熱至180°至245℃的熱板36。熱板36(具有6英寸的彎曲接觸表面)裝在拉伸區內，即，在喂絲輥34和拉伸輥38之間。拉伸速度的范圍是每分鐘75至300米。典型的拉伸比約為1.65(適合在約3800米/分下制得的絲)。能得到最高抗拉強度的最佳喂絲輥溫約為90℃。最佳的拉伸輥溫度約為245℃。如果使用熱板，則最佳溫度是在約240°至245℃之間。拉伸輥的溫度對熱空氣縮率有一定的控制作用。一般來說希望縮率低，因為這能使處理過的簾子線穩定性最高。但是至少有一種最終用途-帆布，要求拉伸絲有較高的縮率，這可以用降低拉伸輥的溫度來控制。
根據上述，拉伸纖維的性能可以控制如下強度可以從4.0至10.8克/旦，伸長率從7%至約80%，初始割線模量從60至170克/旦/100%，熱空氣縮率(在177℃)為6%至15%。纖維束的旦數可以從125至1100(后一數字可以通過將幾束長絲合并而得到)，單絲旦數為1.5至6。這樣的絲可以作為橡膠輪胎的纖維增強材料使用。
根據上述方法制得的聚酯(即，聚對苯二甲酸乙二醇酯)拉伸絲，其初始割線模量可以大于150克/旦/100%。另外，這些絲的縮率可以小于8%，或是其強度大于7.5克/旦。
另一項聚酯拉伸絲的優選實例的特征如下強度至少為8.5克/旦;起始模量至少為150克/旦/100%，縮率小于6%。又一項聚酯拉伸絲的優選實例的特征是強度至少為10克/旦;起始模量至少為120克/旦/100%;縮率小于6%。還有一項聚酯拉伸絲的優選實例的特點如下強度從約9至約9.5克/旦;起始模量從約150至約158克/旦/100%;縮率小于7.5%。
根據上述方法制得的拉伸絲都可以用于以下的最終用途輪胎簾線，縫紉線，帆布，用于路基結構或其它土工布的織物如纖維網或墊，工業用帶，復合材料，建筑用織物，軟管的增強材料，層壓織物，繩索等。
以上對本發明的論討和后面的實例中使用的以下關鍵性試驗，按下述程序進行強度參照ASTM D-2256-80中定義的“斷裂強度”起始模量(或“初始割線模量”)按ASTM D-2256-80，第10.3節的定義，不同之處在于，代表應力-應變曲線最初直線部分的直線指定為應力-應變曲線上通過伸長率為0.5%及1.0%的兩個點的割線。
所有其它的張力性質均遵照ASTM D-2256-80的定義。
收縮率(熱空氣縮率)按ASTM D-885-85定義為在維持177±1℃的熱空氣中的線性收縮率。
密度、結晶尺寸、長周期間隔、結晶雙折射和非晶雙折射與美國專利4，134，882中規定的相同，該專利在這里引用作為參考。具體地說，上述各項可以在美國專利4，134，882的以下段落或其前后找到密度-第8欄60行;結晶大小-第9欄6行;長周期間隔-第7欄62行;結晶雙折射-第11欄12行非晶雙折射-第11欄27行。
雙折射(光學雙折射或Δn)與美國專利4，101，525第5欄4-46行規定的相同，該專利在這里引用作為參考。“BiCV”是由10根被測量的長絲計算出的光學雙折射之間的變異系數。
本文提到的其它試驗按常規方法進行。
現在將參照實例更全面地說明本發明。
實例1在下列一組實驗中，將一種常用的聚酯聚合物(聚對苯二甲酸乙二醇酯，特性粘度0.63)紡絲。紡絲速度由12500英尺/分增加到19000英尺/分。甬道長為6.4米，分成四個溫度控制區。通過測量各區中心靠近甬道壁處的空氣溫度來控制溫度。以每小時22.9磅的速度將聚合物經過一個285℃的紡絲箱體和40孔的噴絲板(孔的尺寸為0.009英寸×0.013英寸)擠壓出來。纖維不經驟冷。紡出的纖維不拉伸，但是經受熱定形。結果列于表1中。
實例Ⅱ在下列一組試驗中，將一常規的聚酯(聚對苯二甲酸乙二醇酯，特性粘度0.63)紡絲。甬道溫度的變化如表中所示(各區中心的空氣溫度)。甬道長為6.4米。將聚合物以23.1磅/時的速度通過一個300℃的紡絲箱體和一個72孔的噴絲板(孔的尺寸為0.009英寸×0.012英寸)擠出。纖維未經驟冷。初紡纖維隨后拉伸(如表所示)。結果列于表2中。
在以上一組實驗中(即，列在表2中的那些實驗)，第4、5、6和7代表本發明。
實例Ⅲ在下列一組實驗中，將常規的聚酯(聚對苯二甲酸乙二醇酯，特性粘度0.63)紡絲。以每分鐘10500英尺的速度卷繞纖維。將聚合物以每小時19.5磅的速度通過一個72孔的噴絲板(孔的尺寸0.009英寸×0.012英寸)和300℃的紡絲箱體擠出。纖維經232℃的每分鐘6.5標準立方英尺的空氣將纖維驟冷。甬道長6.4米，甬道內空氣溫度按照如下的4個區域(按下行的次序)分布各區中心處為135℃、111℃、92℃和83℃。初紡絲具有以下性能旦數-334，強度-4.09克/旦，伸長率-71.7%，起始模量-55.0克/旦/100%，熱空氣收縮率-350°F為11.8%，烏斯特值-1.10，特性粘度-0.647，雙折射-110×10-3，結晶度-21.6%，FOY-0.35%。
在表3A中說明了拉伸比對拉伸絲性能的影響。
在表3B中，說明了拉伸時加熱方法的影響(拉伸比為1.65，絲不經松弛)。
在表3C中，說明了提高拉伸溫度及拉伸比的影響(喂絲輥為室溫，拉伸輥為240℃)
實例Ⅳ在下列一組實驗中，將一種常規聚酯(聚對苯二甲酸乙二醇酯，特性粘度0.92)紡絲。在第1-5號實驗中，纖維按照美國專利4，101，525和4，195，052所述的方法紡絲和拉伸。第6-9號則按如下制備將用來表征分子量的特性粘度為0.92的聚對苯二甲酸乙二醇酯干燥到水含量不大于0.001%。將該聚合物在擠出機中熔融並加熱至295℃，接著用計量泵輸送到紡絲組件。組件為環形結構，聚合物在其中通過一個細金屬粒堆積床過濾。在過濾之后將聚合物通過一個80孔的噴絲板擠出。每個噴絲孔都是直徑0.457毫米的圓形截面，毛細管長度為0.610毫米。
在組件下面適貼地裝著一個9米長的絕緣加熱管，紡出的復絲束在經過整個管長后才被匯聚或與任何導輪表面相接觸。該管的整個長度分成7個區域以便于控制溫度。各區域均用單獨的控制器來控制各區中心處的空氣溫度。利用紡絲過程的熱量和管子四周的外加熱器相配合，調整各個控制器的設定值以便沿管垂直向下形成均勻的空氣溫度分布。在典型的情形下頂部區域的空氣溫度為155℃，溫度以近似均一的梯度減少到底部的50℃。
約在管子下面10厘米處，束絲與上油裝置接觸，該裝置也起匯聚導絲器的作用，並且是絲與外界的首次接觸。在管的出口處，未匯聚的絲的橫截面由于靠近上油導絲器而變得很小。這就有可能用很小的孔，從而減少管中的熱空氣損失。
在施加紡絲油劑之后，將絲引向一對導絲輥，然后引向有張力控制的卷繞頭。卷繞速度一般是3200至4100米/分。
第二階段將此絲拉伸，這時初紡絲通過一組預拉伸輥通向溫度保持在80°至150℃的加熱喂絲輥。在這些輥和一組溫度設定在180至255℃的拉伸輥之間，然后將絲拉伸。對于在3800米/分下制得的絲，典型的拉伸比為1.65，在較高或較低速度下紡出的樣品則分別要求較低和較高的拉伸比。
結果列于表4。
實例Ⅴ將用于表特分子量的特性粘度為0.92的聚酯干燥至水分含量為0.001%。將該聚合物在擠出機中熔融並且加熱至295℃，隨后用計量泵將熔體輸送到紡絲組件中。在經過細粒金屬堆積床過濾之后，將聚合物通過由80孔的噴絲板擠出。各噴絲孔的直徑為0.457毫米，毛細管長度為0.610毫米。在擠出時測得的聚合物特性粘度為0.84。
擠出的聚合物通過紡絲進入加熱的長9米的甬道內腔中。沿該管的長度方向維持近似線性的溫度分布(梯度)。管的頂部區域的中心處空氣溫度為155℃，底部為50℃。復絲束在與緊靠在加熱管出口下面的上油導絲器接觸之前不匯聚。絲從該處經一對導絲輥引向有張力控制的卷繞頭。在這些條件下以不同的紡絲(卷繞)速度制得4種絲。這些絲在表5.A中稱作實例A至D。
在另一組實驗中取下加熱管的某些可去掉的部分并將加熱管縮短。表5.A中的實例E和F是通過7米和5米長的甬道紡絲。其它的不同分子量(特性粘度)的聚合物也在此系統上紡絲，得到實例G和H。表5.A中的實例Ⅰ表示采用較低甬道溫度的情況。在該情況下甬道內形成由125℃至50℃的線性梯度。
系列A至I的所有初紡出絲均用室溫的喂絲輥和245℃的拉伸輥以單級方式拉伸。
在另一系列實驗中，將實例A中所述的同一絲采用不同的喂絲輥溫度進行拉伸。這些絲的試驗結果列在表5.B中的實例A、J和K。
實例Ⅵ在下一輪實驗中，按照本發明的方法將一種常規的聚合物-耐綸紡絲，並與用常規方法制得的耐綸絲比較。
用本發明方法制得的耐綸在以下條件下紡絲通過量-每小時37磅;紡絲速度-2362英尺/分;旦數-3500;單絲根數-68;紡絲相對粘度-3.21(H2SO4)或68.4(HCOOH當量);驟冷空氣-72標準立方英尺/分;卷繞張力-80克;甬道長-24英尺;甬道溫度-頂部240℃，底部48℃。這種初紡絲的性能如下強度-0.95克/旦;伸長率-235%;強度·
-14.6。隨后絲在以下條件下拉伸拉伸比3.03;拉伸溫度90℃。拉伸絲的性能如下強度6.2克/旦;伸長率70%;強度·
52;10%模量為0.87克/旦;400°F下熱空氣收縮率為1.4%。
用以下的常規方式將一種對照的耐綸紡絲通過量-23.4磅/時;紡絲速度-843英尺/分;旦數-5556;單絲根數-180;紡絲的相對粘度-3.3(H2SO4)或72.1(HCOOH當量);驟冷空氣-150標準立方英尺/分。然后在以下條件下將絲拉伸拉伸比-2.01;拉伸溫度-90℃。拉伸絲的性能如下強度-3.8克/旦;伸長率-89%;強度·
-33;10%模量-0.55克/旦。
用以下的常規方式將另一種絲對照紡絲通過量-57.5磅/時;紡絲速度-1048英尺/分;旦數-12400;單絲根數-240;紡絲相對粘度-42(HCOOH當量);驟冷空氣-150標準立方英尺/分。然后在以下條件下將絲拉伸拉伸比-3.60;拉伸溫度-110℃。拉伸絲的性能如下強度-3.6克/旦;伸長率-70%;強度·
-30.1;10%伸長率時的模量-0.8克/旦;熱空氣收縮率(400°F)-2.0%。
實例Ⅶ在下一輪實驗中，將低特性粘度(例如0.63)和高特性粘度(例如0.92)的常規聚酯(即，聚對苯二甲酸乙二醇酯)初紡絲與美國專利4，134，882中提到的初紡絲相比較。實例1～8是低特性粘度的聚酯(聚對苯二甲酸乙二醇酯)，按實例Ⅰ中所述的方法制得。實例9～11是高特性粘度的聚酯(聚對苯二甲酸乙二醇酯)，按實例Ⅴ中所述的方法制得。實例12～17相應于美國專利4，134，882中的實例1、5、12、17、36和20。
對于每一實例，列出了紡絲速度(英尺/分)，密度(克/立方厘米)、結晶尺寸(埃，010晶面)、長周期間隔、雙折射、結晶雙折射和非晶雙折射的數據，結果列在表7。
本發明可以用其它特定形式體現而不偏離本發明的精神或基本特特，因此，應當參照所附的權利要求而不是上述說明書來指明本發明的范圍。
權利要求
1.一種聚酯拉伸絲，其特征在于，起始割線模量大于每旦150克/100%。
2.根據權利要求1的聚酯拉伸絲，進一步的特征在于，收縮率小于8%。
3.根據權利要求1的聚酯拉伸絲，進一步的特征在于，強度大于7.5克/旦。
4.一種聚酯拉伸絲，其特征在于，強度至少為7.5克/旦;起始割線模量至少為每旦150克/100%;收縮率小于8%。
5.一種聚酯拉伸絲，其特征在于，強度至少為8.5克/旦;起始割線模量至少為每旦150克/100%;收縮率小于8%。
6.一種聚酯拉伸絲，其特征在于，強度至少為10克/旦;起始割線模量至少為每旦120克/100%;收縮率小于8%。
7.一種聚酯拉伸絲，其特征在于，強度大于9.0克/旦;起始割線模量大于每旦150克/100%，收縮率小于7.5%。
8.根據權利要求1或4或5或6或7的絲，其中聚酯是聚對苯二甲酸乙二醇酯。
9.根據權利要求1或4或5或6或7的絲，該絲是由一組1.5到6旦的單絲組成的。
全文摘要
本發明涉及一種聚酯拉伸絲。該絲的特點在于起始割線模量大于每旦150克/100％。該絲的特點還在于，收縮率小于8％或強度大于7.5克/旦。或者是，該絲的特點在于，強度至少為10克/旦，起始模量至少為每旦120克/100％，收縮率小于8％。
文檔編號D01F6/62GK1056543SQ9110304
公開日1991年11月27日 申請日期1991年5月10日 優先權日1990年5月11日
發明者荷米斯·F·西蒙斯, 羅納德·L·格里非斯 申請人:赫希斯特人造絲公司