用于紡制復(fù)絲紗的噴絲頭的制作方法
【專利摘要】為了減少以高拉伸比率被拉伸的復(fù)絲紗的紡制期間的斷絲，使用一種噴絲頭，該噴絲頭包括第一組帶毛細(xì)管的紡絲孔和第二組帶毛細(xì)管的紡絲孔，其中第二組紡絲孔的毛細(xì)管具有比第一組紡絲孔的毛細(xì)管要低的L/D比率，其中所有毛細(xì)管都具有相同直徑，并且其中毛細(xì)管的直徑在100μm以下。
【專利說明】用于紡制復(fù)絲紗的噴絲頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有多個(gè)紡絲孔的噴絲頭，所述紡絲孔具有L/D比率不同的毛細(xì)管。本發(fā)明還涉及一種用于制造復(fù)絲紗的方法。此外，本發(fā)明涉及一種復(fù)絲紗，其中直徑比平均直徑要小的絲的數(shù)量得以減少。
【背景技術(shù)】
[0002]用于紡制復(fù)絲紗的方法是眾所周知的。通常，這些方法包括經(jīng)包括多個(gè)帶毛細(xì)管的紡絲孔的噴絲頭擠出聚合物熔體或聚合物溶液的步驟，其中所有帶毛細(xì)管的紡絲孔都具有相同尺寸。在處理?xiàng)l件接近最大允許條件的過程中，至關(guān)重要的是所有絲都具有相同尺寸。然而，由于紡制過程中的不可控異常情況，即使所有紡絲孔都具有相同尺寸，也并非所有絲都具有相同尺寸。存在直徑比平均直徑小的絲，和直徑比平均直徑大的絲。尤其是對(duì)于尺寸比平均尺寸小的絲而言，某些處理?xiàng)l件超出限度。處理?xiàng)l件可與最小絲的極限相適應(yīng)，但這種情況下所述條件低于對(duì)于所有其它絲而言的最佳條件。
[0003]例如，可利用高拉伸比率和/或直徑較小的毛細(xì)管來獲得復(fù)絲紗中直徑較小的絲。直徑較小的絲能以更均勻的方式固化，因而減小絲的芯部和表皮之間的例如聚合物取向的差異。各絲中減小的芯部-表皮差異可在復(fù)絲紗中產(chǎn)生更高的強(qiáng)度。直徑較小的絲在防彈應(yīng)用中也是優(yōu)選的，因?yàn)橛砂ㄖ睆捷^小的絲的復(fù)絲紗制成的織物具備提高的防彈性倉泛。
[0004]直徑較小的毛細(xì)管僅在一定程度上是可能的并且因此還采用高拉伸比率。這樣，在許多情況下，在紡制期間在復(fù)絲紗中觀察到大量斷絲，這會(huì)引起復(fù)絲紗的機(jī)械性能不足。當(dāng)斷絲纏繞在輥?zhàn)又車蛘吃诩徶粕a(chǎn)線的其它設(shè)備上時(shí)，甚至不得不中斷紡制過程。絲的紡制也可能變得不穩(wěn)定，從而得到沿其長度方向橫截面積大幅變化的絲。
[0005]本發(fā)明的目的是提高用于紡制復(fù)絲紗的紡制工藝的性能并改善復(fù)絲紗的絲橫截面積分布和/或復(fù)絲紗的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的由一種噴絲頭實(shí)現(xiàn)，所述噴絲頭具有第一表面和平行于第一表面的第二表面，其中所述噴絲頭包括多個(gè)紡絲孔，每個(gè)紡絲孔都包括進(jìn)入開口、圓錐形的通道和圓柱形的毛細(xì)管，其中所有毛細(xì)管的出口側(cè)都位于噴絲頭的第二表面的平面中，其中噴絲頭至少包括第一組帶毛細(xì)管的紡絲孔和第二組帶毛細(xì)管的紡絲孔，其中第二組紡絲孔的毛細(xì)管具有比第一組紡絲孔的毛細(xì)管要低的L/D比率，其中所有毛細(xì)管都具有相同直徑，并且其中所有毛細(xì)管的直徑都在100 μ m以下。
[0007]單組紡絲孔內(nèi)的毛細(xì)管具有在噴絲頭制造極限內(nèi)為恒定的長度。一般而言，一組紡絲孔中的毛細(xì)管的長度差的差值不超過15 μ m,優(yōu)選不超過10 μ m,更優(yōu)選不超過5 μ m。
[0008]在不受理論約束的情況下，認(rèn)為復(fù)絲紗紡制期間的斷絲主要發(fā)生在那些承受最高拉伸比率的擠出的絲中。[0009]絲的拉伸比率應(yīng)理解為意指絲在紡制線中的第一速度受控輥?zhàn)犹?其固定復(fù)絲紗的速度)的絲速與聚合物流體在毛細(xì)管(絲由該毛細(xì)管擠出)的出口側(cè)的表觀速率之間的比率?？扇绱擞?jì)算表觀速率:從毛細(xì)管的出口側(cè)擠出的聚合物流體的體積除以毛細(xì)管的橫截面積。
[0010]類似地，復(fù)絲紗的平均拉伸比率是復(fù)絲紗在紡制線的固定復(fù)絲紗速度的第一速度受控輥?zhàn)犹幍乃俣扰c聚合物流體在由其擠出絲的所有毛細(xì)管的出口側(cè)的平均表觀速率之間的比率?？扇绱擞?jì)算聚合物流體的平均表觀速率:從噴絲頭擠出的聚合物流體的總體積除以噴絲頭中的所有毛細(xì)管的橫截面積之和。
[0011]由于復(fù)絲紗中的所有絲的速度在紡制線的第一速度受控輥?zhàn)犹幈还潭ǎ虼嗽趶木酆衔锪黧w的表觀速率最低的毛細(xì)管擠出的絲中觀察到最高的拉伸比率。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的噴絲頭減小了易于斷裂的絲中的拉伸比率。在具有L/D比率較低的毛細(xì)管的第二組紡絲孔的毛細(xì)管中，聚合物流體的表觀速率增大以減小從第二組紡絲孔擠出的絲的拉伸比率。
[0013]噴絲頭中的多個(gè)紡絲孔優(yōu)選位于一個(gè)或多個(gè)區(qū)域內(nèi)，每個(gè)區(qū)域都包括多個(gè)紡絲孔。優(yōu)選地，該噴絲頭包括至少2個(gè)區(qū)域，更優(yōu)選至少4個(gè)區(qū)域，最優(yōu)選至少8個(gè)區(qū)域。優(yōu)選地，噴絲頭中的每個(gè)區(qū)域都包括至少25個(gè)紡絲孔，更優(yōu)選50個(gè)，更加優(yōu)選至少70個(gè)，最優(yōu)選100個(gè)紡絲孔。優(yōu)選地，噴絲頭中的每個(gè)區(qū)域都包括最多1000個(gè)紡絲孔，更優(yōu)選最多750個(gè)，更加優(yōu)選最多500個(gè)，最優(yōu)選最多250個(gè)紡絲孔。
[0014]紡絲孔能以任意期望的空間分布存在于噴絲頭的每個(gè)區(qū)域內(nèi)。紡絲孔可例如以同心圓或平行的列存在于噴絲頭中。當(dāng)紡絲孔以平行的列存在時(shí)，紡絲孔可形成正方形圖案，其中紡絲孔限定出正方形的角部并且正方形的邊平行于各列紡絲孔?；蛘撸徑z孔可成交錯(cuò)的列存在，其中相鄰列中的紡絲孔互相偏置，優(yōu)選偏離一個(gè)列中的紡絲孔之間的距離的50%。
[0015]第二組帶毛細(xì)管的紡絲孔可成單行紡絲孔存在，或者可優(yōu)選位于各區(qū)域的至少一個(gè)、一部分或全部外邊緣處。已觀察到，在用于紡制復(fù)絲紗的工藝中，絕大多數(shù)斷絲發(fā)生在從位于噴絲頭區(qū)域的外邊緣處的紡絲孔擠出的絲中。
[0016]在另一實(shí)施例中，噴絲頭包括三組帶毛細(xì)管的紡絲孔，其中第三組紡絲孔的毛細(xì)管的L/D比率比第一組紡絲孔的毛細(xì)管要低，并且其中第三組紡絲孔的毛細(xì)管的L/D比率比第二組紡絲孔的毛細(xì)管要高。優(yōu)選地，第二組紡絲孔位于各區(qū)域的外邊緣處，第一組紡絲孔位于各區(qū)域的中央部，而第三組紡絲孔位于第一組毛細(xì)管與第二組紡絲孔之間。
[0017]該噴絲頭甚至可包括多于三組紡絲孔，每組都具有L/D比率不同的毛細(xì)管，以最大限度地減少紡制期間的斷絲和/或優(yōu)化絲橫截面積的分布和/或復(fù)絲紗的性能。優(yōu)選地，毛細(xì)管L/D比率最高的紡絲孔位于各區(qū)域的中央，而毛細(xì)管L/D比率最低的紡絲孔優(yōu)選位于各區(qū)域的外邊緣處。噴絲頭的各區(qū)域內(nèi)的其它組帶毛細(xì)管的紡絲孔以下述方式位于毛細(xì)管L/D比率最高的一組紡絲孔與毛細(xì)管L/D比率最低的一組紡絲孔之間:毛細(xì)管L/D比率從該區(qū)域的中央往該區(qū)域的外邊緣減小。
[0018]在一優(yōu)選實(shí)施例中，第二組紡絲孔的毛細(xì)管的L/D比率比第一組紡絲孔的毛細(xì)管的L/D比率小至少10%，優(yōu)選小至少25%，更優(yōu)選小至少40%，最優(yōu)選小至少50%。
[0019]第一組紡絲孔的毛細(xì)管的L/D比率優(yōu)選為至少1.00，更優(yōu)選為至少1.25，更加優(yōu)選為至少1.75，最優(yōu)選為至少2.00。第二組紡絲孔的毛細(xì)管的L/D比率優(yōu)選在1.75以下，更優(yōu)選在1.50以下，更加優(yōu)選在1.25以下，最優(yōu)選在1.00以下。
[0020]在一實(shí)施例中，第二組紡絲孔的毛細(xì)管的直徑等于第一組紡絲孔的毛細(xì)管的直徑，并且如果適用的話等于第三組以及其他組的紡絲孔的毛細(xì)管的直徑。毛細(xì)管的直徑相等應(yīng)理解為意指毛細(xì)管具有在噴絲頭制造限度內(nèi)相等的直徑。一般而言，噴絲頭中的毛細(xì)管的直徑之間的差不超過2 μ m，優(yōu)選不超過I μ m。
[0021]毛細(xì)管的直徑可不超過100 μ m,優(yōu)選不超過75 μ m,更優(yōu)選不超過60 μ m,更加優(yōu)選不超過50 μ m,最優(yōu)選45 μ m。毛細(xì)管的直徑優(yōu)選為至少10 μ m,更優(yōu)選為至少20 μ m,最優(yōu)選為至少30 μ m。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的噴絲頭可有利地用于制造復(fù)絲紗。該噴絲頭尤其有利于制造這樣的復(fù)絲紗:其中承受過高拉伸比率的絲較少；其中，復(fù)絲紗中的單根絲的最小橫截面積為復(fù)絲紗中所有絲的平均橫截面積的至少75%、優(yōu)選至少80%、更優(yōu)選至少85%、最優(yōu)選至少90%。
[0023]其中橫截面積小的絲的數(shù)量得以減少的復(fù)絲紗通常將呈現(xiàn)偏度在O以上的絲橫截面積分布。優(yōu)選地，復(fù)絲紗中的絲橫截面積的分布具有大于0.25、優(yōu)選大于0.40、更優(yōu)選大于0.50、最優(yōu)選大于0.60的偏度。
[0024]通過下述方法確定復(fù)絲紗中的絲的橫截面積的分布:在由按重量計(jì)四份BuehlerEpoheat環(huán)氧樹脂和按重量計(jì)一份Buehler Epoheat環(huán)氧固化劑組成的透明環(huán)氧樹脂復(fù)合物中嵌入一段復(fù)絲紗。將樹脂復(fù)合物在樣品管中于40°C下固化至少8小時(shí)。利用Isomet5000金剛石切割器從包括該段復(fù)絲紗的固化樹脂中切割下2mm的切片。使用P1200、P2500和P4000金剛砂砂紙研磨該切片，直至該切片具有Imm的厚度，并且隨后使用White Felt拋光布和從5 μ m到I μ m的Micropolish Alpha氧化招懸浮液在兩側(cè)進(jìn)行拋光。最后，使用Chemomet拋光布和0.05 μ m的Masterprep氧化招懸浮液在兩側(cè)對(duì)切片進(jìn)行拋光。將切片傳遞到具有20倍物鏡的顯微鏡中，并且暴露于UV光。利用圖像分析軟件確定絲的橫截面積，直至已評(píng)價(jià)100根單獨(dú)的絲，并且可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)方法來確定復(fù)絲紗中的絲橫截面積的分布。
[0025]偏度在統(tǒng)計(jì)分析中是公知的，并且是分布不對(duì)稱的一種度量。偏度可為正、負(fù)或零。定性地講，正偏度表示分布的較低值的尾部小于較高值的尾部。負(fù)偏度表示分布的較低值的尾部大于較高值的尾部。零值表示值均勻地分布在平均值的兩側(cè)，典型地，該分布是對(duì)稱的。
[0026]可利用下式計(jì)算復(fù)絲紗中的絲的橫截面積的分布偏度
[0027]
【權(quán)利要求】
1.一種噴絲頭(100)，所述噴絲頭具有第一表面(111)和平行于所述第一表面(111)的第二表面(112)，其中所述噴絲頭(100)包括多個(gè)紡絲孔，每個(gè)紡絲孔包括進(jìn)入開口( 121、122)、圓錐形的通道(131、132)和圓柱形的毛細(xì)管(141、142)，其中所有所述毛細(xì)管的出口側(cè)位于所述噴絲頭(100)的所述第二表面(112)的平面內(nèi)，其中所述噴絲頭(100)至少包括第一組帶毛細(xì)管(141)的紡絲孔和第二組帶毛細(xì)管(142)的紡絲孔，其中所述第二組紡絲孔的毛細(xì)管(142)具有比所述第一組紡絲孔的毛細(xì)管(141)要低的L/D比率，其中所有毛細(xì)管(141、142)都具有相同的直徑，并且其中所有毛細(xì)管的直徑都在IOOym以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴絲頭，其特征在于，多個(gè)所述帶毛細(xì)管的紡絲孔在至少一個(gè)區(qū)域內(nèi)位于所述噴絲頭中，每個(gè)所述區(qū)域包括多個(gè)帶毛細(xì)管的紡絲孔，并且第二組毛細(xì)管位于每個(gè)區(qū)域的至少一個(gè)外邊緣處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1至2中任一項(xiàng)所述的噴絲頭，其特征在于，所述噴絲頭包括三組帶毛細(xì)管的紡絲孔，所述第三組紡絲孔的毛細(xì)管(143)具有比所述第一組紡絲孔的毛細(xì)管(141)要低的L/D比率，并且所述第三組紡絲孔的毛細(xì)管(143)具有比所述第二組紡絲孔的毛細(xì)管(142)要高的L/D比率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的噴絲頭，其特征在于，所述第二組毛細(xì)管位于每個(gè)所述區(qū)域的至少一個(gè)外邊緣處，所述第一組毛細(xì)管位于每個(gè)所述區(qū)域的中央部，并且所述第三組毛細(xì)管位于所述第一組毛細(xì)管與所述第二組毛細(xì)管之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的噴絲頭，其特征在于，所述第二組紡絲孔的毛細(xì)管的L/D比率比所述第一組紡絲孔的毛細(xì)管的L/D比率小至少10%，優(yōu)選小至少25%，更優(yōu)選小至少40%，最優(yōu)選小至少50%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的噴絲頭用于制造復(fù)絲紗的應(yīng)用。
7.根據(jù)權(quán)利要 求6所述的噴絲頭的應(yīng)用，其特征在于，所述復(fù)絲紗中的單根絲的最小橫截面積為所述復(fù)絲紗中的所有絲的平均橫截面積的至少75%、優(yōu)選至少80%、更優(yōu)選至少85%、最優(yōu)選至少90%。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的噴絲頭的應(yīng)用，其特征在于，所述復(fù)絲紗中的絲橫截面積的分布具有大于0.25的偏度。
9.一種用于制造復(fù)絲紗的方法，其中所述復(fù)絲紗中的單根絲的最小橫截面積為所述復(fù)絲紗中的所有絲的平均橫截面積的至少75%、優(yōu)選至少80%、更優(yōu)選至少85%、最優(yōu)選至少90%，所述方法的特征在于，經(jīng)根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的噴絲頭擠出聚合物流體以獲得擠出的絲。
10.一種用于制造復(fù)絲紗的方法，其中所述復(fù)絲紗中的絲橫截面積的分布具有大于0.25的偏度，所述方法的特征在于，經(jīng)根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的噴絲頭擠出聚合物流體以獲得擠出的絲。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述聚合物流體為聚合物熔體或聚合物在溶劑中的溶液。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述聚合物流體為對(duì)位芳綸的酸溶液。
13.一種復(fù)絲紗，其特征在于，所述復(fù)絲紗中的單根絲的最小橫截面積為所述復(fù)絲紗中的所有絲的平均橫截面積的至少75%，優(yōu)選至少80%，更優(yōu)選至少85%，最優(yōu)選至少90%。
14.一種復(fù)絲紗，其特征在于，所述復(fù)絲紗中的絲橫截面積的分布具有大于0.25的偏 度。`
【文檔編號(hào)】D01F6/60GK103874791SQ201280048780
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2012年10月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月5日
【發(fā)明者】L·A·G·比舍, M·J·A·亞斯韋爾德 申請(qǐng)人:帝人芳綸有限公司