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)明涉及化學(xué)纖維行業(yè)中聚酯纖維絲的生產(chǎn)，更具體地說，涉及全牽伸(FDY)或全取向聚酯纖維(FOY)的一步法制造方法及裝置。
如本技術(shù)領(lǐng)域熟練人員所熟知的那樣，由于制造聚酯長絲的二步法工藝通常具有成本高和后加工能力不足的缺陷，因此近二、三十年來，人們一直致力于制造聚酯長絲的一步法工藝的研究，現(xiàn)有的一步法工藝主要有下列幾種(1)卷繞速度在5500米/分以上的超高速紡絲(適用于超高速紡絲的超高速紡絲機(jī)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”。
(4)最近由例如Zimmer公司提出的通過改性聚酯PET切片進(jìn)行的所謂結(jié)晶紡絲高速紡絲工藝，該工藝是在紡絲板和卷繞頭之間不產(chǎn)生附加力的條件下，通過對聚酯切片改性而使其在紡程上結(jié)晶。
在這四種方法中，第(1)和(3)需要價格昂貴的超高速卷繞機(jī)和拉伸熱盤，超高速卷繞機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時機(jī)械磨損大，設(shè)備損耗嚴(yán)重，這也無形中提高了纖維絲的制造成本。第(2)種方法盡管采用了熱風(fēng)、熱板、紅外線、火焰、水蒸氣等各種加熱手段，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(qiáng)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(dǎo)致工藝生產(chǎn)中生頭困難。現(xiàn)有許多工廠生產(chǎn)預(yù)取向絲(POY)的卷繞速度在3000-3800米/分，如果能在這樣的條件下一步制得FOY聚酯纖維絲，則設(shè)備投資都較上述三種方法少，可望大大降低FOY的生產(chǎn)成本。第四種方法由于需對紡絲原料聚酯切片進(jìn)行改性，這樣就使其成本提高。
中國專利申請第88105552.2號(發(fā)明人為吳嘉麟和羅寧燕)中提出了一種在3200-3800米/分卷繞速度下，通過在達(dá)到一定紡絲應(yīng)力值的位置處將絲條加熱至一定溫度而制造全取向絲的方法和裝置。采用這種方法，能比較成功地制得成本較低的FOY絲，然而，它也存在著一些局限和不足，即這種方法采用的紡程一般都較長(一般為5米以上)，并且需配備加熱器和消耗熱能，當(dāng)對高速運(yùn)動絲條加熱時，絲條的溫度值較難控制，從而纖維的均勻性指標(biāo)較難保證。
本發(fā)明的目的是為了提供一種不需附加加熱裝置的、紡程可為較短的、纖維均勻性指標(biāo)較高的在3000-3800米/分卷繞速度下一步制得全牽伸聚酯長絲的方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種無附加加熱裝置的、紡程可為較短的、在3000-3800米/分卷繞速度下一步制得全牽伸聚酯長絲的裝置。
本發(fā)明構(gòu)思如下吳嘉麟和羅寧燕的非平衡熔融紡絲新理論指出，全取向或全牽伸絲的一步法成形本質(zhì)是應(yīng)力誘導(dǎo)細(xì)頸化結(jié)晶非平衡連續(xù)相變，并且細(xì)頸化結(jié)晶現(xiàn)象是一種臨界或突變現(xiàn)象，即細(xì)頸化現(xiàn)象的臨界條件是達(dá)到一定的臨界溫度值和臨界應(yīng)力值;對于滌綸，臨界溫度的理論值為134℃，臨界應(yīng)力的理論值為1.55×108達(dá)因/厘米2，當(dāng)然，實(shí)際應(yīng)用時還應(yīng)對其修正，這通常是通過實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行修正的，經(jīng)驗(yàn)的臨界溫度為(0.267-1)Tm，其中Tm為聚酯纖維的熔點(diǎn)。由上述理論出發(fā)，可得出兩種不同的一步法制取全牽伸絲的方法。其一為在紡絲張力達(dá)到臨界應(yīng)力值處對絲條加熱至臨界溫度，這就是上述中國專利申請第88105552.2號所揭示的方法;其二為在冷卻至臨界溫度的絲條位置處，使無取向絲條突然受到一個足以產(chǎn)生細(xì)頸化結(jié)晶現(xiàn)象的臨界應(yīng)力，從而使其由無規(guī)取向狀態(tài)突變至穩(wěn)定的有序的細(xì)頸化結(jié)晶狀態(tài)，即變成全牽伸絲，這就是本發(fā)明所構(gòu)思的方法。從這個構(gòu)思出發(fā)，本發(fā)明的在3000-3800米/分卷繞速度下以一步法制造聚酯纖維絲(FDY)的方法主要包含下列幾個步驟(ⅰ)熔融聚酯由噴絲孔擠出，(ⅱ)聚酯在紡程上拉絲成形，(ⅲ)冷卻、上油和卷繞得到產(chǎn)品。
上述方法的特征在于所采用的卷繞機(jī)的卷繞速度為3000-3800米/分，其中較佳為3000-3500米/分。步驟(ⅱ)中，在紡程上，由噴絲孔流出的高速絲條在側(cè)吹風(fēng)作用下冷卻至臨界溫度，在絲條達(dá)到該臨界溫度的紡程位置處安放一張力裝置，使運(yùn)動絲條上的張力突變至臨界應(yīng)力值或臨界應(yīng)力以上，從而使無取向絲條突然受到一個足以產(chǎn)生細(xì)頸化結(jié)晶的臨界應(yīng)力而突變至穩(wěn)定的長程有序的細(xì)頸化結(jié)晶狀態(tài)，這里，對無取向絲條以突變方式施加張力是消除毛絲的關(guān)鍵，如果施加的張力是多級或逐漸增加，則將產(chǎn)生毛絲和引起條干不勻。
上述噴絲板的溫度、側(cè)吹風(fēng)風(fēng)速和溫度應(yīng)是嚴(yán)格相同的，從而保證了離噴絲板距離相同的各絲束的溫度也相同，因而在紡絲線上不加溫度自動調(diào)節(jié)器就能比以前使用的加熱方法更精確地控制絲條的臨界溫度。
本發(fā)明的關(guān)鍵在于施加張力的張力裝置，它可以是由兩排導(dǎo)絲器構(gòu)成的。第一排導(dǎo)絲器定位于處于臨界溫度的絲條處和對絲條集束;第二排導(dǎo)絲器可用來調(diào)節(jié)紡絲張力值的大小，以達(dá)到臨界應(yīng)力值和獲得所需的強(qiáng)伸度。所述導(dǎo)絲器的幾何尺寸應(yīng)使運(yùn)動絲條在導(dǎo)絲器上的軌跡在兩條弧形曲線之間，用以控制絲條在導(dǎo)絲器上的摩擦力分布，從而使強(qiáng)伸度不勻率達(dá)到生產(chǎn)要求，并由此減小斷頭率。上述兩排導(dǎo)絲器間的距離可以根據(jù)要求的臨界張力值進(jìn)行調(diào)節(jié)，它受許多因素的影響。一般來說，在工作時，兩排導(dǎo)絲器間的垂直距離在3-20cm之間，前后距離為2-10cm之間。
經(jīng)導(dǎo)絲器施加張力后的絲條一般應(yīng)經(jīng)過該領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的冷卻、上油和卷繞過程，為了提高長絲的卷繞成形和后加工性能，還可對其進(jìn)行吹捻。所述冷卻過程最好由30-70cm的側(cè)吹風(fēng)完成。
本發(fā)明所述方法適用的紡程長度，即噴絲板至卷繞點(diǎn)的間距一般為3.6-3.9米，當(dāng)然，毫無疑問，更長的紡程也是可行的，譬如可長至6米，而且效果更好。
以上敘述了在3000-3800米/分卷繞速度下一步法制造FDY絲的方法，下面將描述實(shí)現(xiàn)該方法所采用的裝置。
本發(fā)明所述的一步法制造聚酯長絲的裝置包括紡絲機(jī)、卷繞機(jī)和作為本發(fā)明一個主要內(nèi)容的張力裝置。其中，紡絲機(jī)可如該技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的那樣，包括噴絲板、導(dǎo)絲器、側(cè)吹風(fēng)窗、甬道、上油裝置和其他附件，如為提高聚酯長絲卷繞成形和后加工性能而設(shè)置的吹捻裝置。所述卷繞機(jī)為可在3000米/分至3800米/分之間的某個卷繞速度下運(yùn)行的紡絲行業(yè)中通用的各種卷繞機(jī)，尤其可采用現(xiàn)有的許多卷繞速度為3000米/分至3500米/分的卷繞機(jī)。上述紡絲機(jī)的紡程長度，即噴絲板至卷繞點(diǎn)的間距一般可短至3.6-3.9米，當(dāng)然，更長的紡程也是完全可行的。
如上所述，本發(fā)明的關(guān)鍵在于在冷卻到臨界溫度的絲條位置處，或者說在冷卻到離噴絲板的一定距離處給絲條施加一張力。施加張力是由張力裝置實(shí)現(xiàn)的，該張力裝置可以是由固定在紡絲機(jī)上的兩排導(dǎo)絲器構(gòu)成的，每排導(dǎo)絲器的數(shù)量與一個紡絲甬道內(nèi)的絲束數(shù)目相同，如可為4個、6個、8個等，每個導(dǎo)絲器都不能作軸向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。第一排導(dǎo)絲器應(yīng)處于達(dá)到臨界溫度的絲條位置處，即離噴絲板的一定位置處，第二排導(dǎo)絲器與第一排導(dǎo)絲器共同作用，以調(diào)節(jié)和達(dá)到臨界紡絲張力，并同時控制兩導(dǎo)絲器上絲條的運(yùn)動軌跡。第二排導(dǎo)絲器相對于第一排導(dǎo)絲器的垂直距離(即紡程方向)一般為3-20cm，前后距離為2-10cm。
本發(fā)明所述的一步法制造聚酯長絲(FDY)的方法能使用國內(nèi)外化纖行業(yè)現(xiàn)有的卷繞機(jī)速度為3000-3800米/分的生產(chǎn)POY的紡絲設(shè)備，尤其適用于紡程長度短至3.6-3.9米的紡絲機(jī)，例如Zimmer、Barmag、日本東洋紡等公司生產(chǎn)的紡絲設(shè)備，工藝上不需作任何改動，就能利用本發(fā)明方法及裝置實(shí)現(xiàn)一步法紡絲，獲得強(qiáng)度為3.4-6g/d、伸度為16-38%、沸水收縮率為2-6%、結(jié)晶度達(dá)50%、雙折射值為0.155的全牽伸絲。采用本發(fā)明方法制造FDY絲，由于它省去了后拉伸工序，紡程上又不需要加熱，使其生產(chǎn)成本與生產(chǎn)POY絲相近，染色性能優(yōu)于二步法工藝，特別適用于制造45D-75D細(xì)旦絲，采用本發(fā)明方法制得的纖維絲，不需進(jìn)一步處理，就可直接用于針織和機(jī)織生產(chǎn)。
下面將結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行更深入具體的說明。


圖1是本實(shí)施例所述制造聚酯長絲的裝置的正視示意圖。
圖2是本實(shí)施例所述制造聚酯長絲的裝置的側(cè)視示意圖。
圖3是本實(shí)施例所述方法制得的聚酯長絲的典型熱分析圖譜。
實(shí)施例1參見圖1和圖2，本實(shí)施例所述的聚酯長絲一步法制造裝置包括噴絲板1、側(cè)吹風(fēng)窗2、張力裝置3、第一排導(dǎo)絲器4、第二排導(dǎo)絲器5、上油裝置6、卷繞機(jī)7、吹捻裝置8和門框9等，其中卷繞機(jī)7選用Barmag公司制造的紡速為3000米/分-3500米/分的高速卷繞機(jī)。作為本實(shí)施例所述裝置的主要內(nèi)容、所述張力裝置3位于噴絲板1下方，側(cè)吹風(fēng)窗2前方，該張力裝置3由兩排導(dǎo)絲器4，5和門框9組成，門框9的橫梁上安放由4只V型導(dǎo)絲器組成的第一排導(dǎo)絲器4，對應(yīng)于噴絲板1下來的四束絲，第一排導(dǎo)絲器4離噴絲板1距離為442mm。一般來說，兩排導(dǎo)絲器與絲條接觸面的曲率半徑為1-100mm之間，在本例中，第一排導(dǎo)絲器與絲條接觸面的最大曲率半徑處的曲率半徑選為8mm，第二排導(dǎo)絲器的曲率半徑選為4mm。第二排導(dǎo)絲器距第一排導(dǎo)絲器的垂直距離為74mm，前后距離為41mm。本例中紡制的聚酯長絲旦數(shù)為75旦，切片特性粘度為0.680。
本實(shí)施例所述的一步法制造全牽伸聚酯長絲的工藝包括下列步驟(1)4束絲由孔數(shù)為18和孔徑為0.2mm的噴絲板1噴出，在側(cè)吹風(fēng)作用下冷卻。
(2)經(jīng)距噴絲板1442mm處的第一排導(dǎo)絲器集束。
(3)再經(jīng)距第一排導(dǎo)絲器4垂直距離為74mm，水平距離為41mm的第二排導(dǎo)絲器5而受到一個張力。
(4)由側(cè)吹風(fēng)冷卻后上油。上油裝置6與門框9成為一個整體，它起到了將門框9在側(cè)吹風(fēng)窗2中位置固定的作用。
(5)由吹捻裝置8吹捻。
(6)最后由卷繞機(jī)7卷繞。
由以上工藝得到的樣品，其強(qiáng)度為4.6克/旦，強(qiáng)不均率為2.8，伸長為33%，伸不均率為3.89，沸水收縮率為3.6%，烏斯特值為1.16，纖度不均率為0.43。
在本實(shí)施例中，還對產(chǎn)品進(jìn)行了差熱分析(見圖3)，在差熱分析圖譜中，發(fā)現(xiàn)其玻璃化轉(zhuǎn)變峰都已消失，其圖譜接近于二步法制取的全牽伸絲圖譜。
作為本實(shí)施例的一個對比例，在所有紡絲條件不變的情況下，去掉張力裝置，即為普通POY絲紡制裝置，所得樣品的強(qiáng)度為2.4克/旦，強(qiáng)不均率為2.7，伸長103%，伸不均率為3.8，纖度不均率為0.42。
實(shí)施例2在本例中兩排導(dǎo)絲器間垂直距離為30-200mm，水平距離為20-100mm。兩排導(dǎo)絲束與絲束接觸的曲率半徑范圍為1至100mm。紡絲用切片粘度為0.675。所得部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果見下表。
樣品號纖度強(qiáng)度伸度平均值CV%CN/TexCV%%CV%1＃73.30.3934.94.8340.510.42＃77.40.1837.71.9537.57.83＃77.745.62.633.13.94＃77.436.21.933.62.45＃78.01.4534.12.4725.86.86＃77.50.0933.23.740.42.667＃77.50.2735.80.3734.55.88＃77.743.61.1226.94.29＃77.40.3738.60.5125.42.830＃77.80.4633.82.4737.60.232＃78.328.02.5336.71.7562＃77.230.88.546.67.4
在上述實(shí)施例中，聚酯長絲的各種性能指標(biāo)是采用工業(yè)化生產(chǎn)測定聚酯牽伸絲的一般方法和儀器測試的，所遵照的國標(biāo)為GB8960-88。
權(quán)利要求
1.一種一步法制造全牽伸聚酯長絲的方法，包含下列步驟(i)熔融聚酯由噴絲孔擠出，(ii)聚酯在紡程上拉絲成形，(iii)冷卻、上油和卷繞得到成品。其特征在于該方法采用的卷繞速度為3000-3800米/分，其中較佳為3000至3500米/分，并且在步驟(ii)中，在紡程內(nèi)絲條冷卻到臨界溫度的紡程位置對絲條突然施加一大于或等于臨界應(yīng)力的張力。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述臨界溫度的經(jīng)驗(yàn)值為(0.267-1)Tm，其中Tm為聚酯熔點(diǎn)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述絲條在紡程上的冷卻是由側(cè)吹風(fēng)達(dá)到的。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述紡絲的紡程長度為3.6至3.9米。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述施加張力是由兩排導(dǎo)絲器構(gòu)成的張力裝置來完成的。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述第一排導(dǎo)絲器定位于所述臨界溫度處，第二排導(dǎo)絲器用來調(diào)節(jié)所述紡絲張力值的大小，兩排導(dǎo)絲器的垂直距離為3-20cm之間，前后距離為2-10cm之間。
7.一種一步法制造全牽伸聚酯長絲(FDY)的裝置，包含由噴絲板、側(cè)吹風(fēng)窗、甬道、上油裝置等構(gòu)成的紡絲機(jī)和卷繞機(jī)，其特征在于所述卷繞機(jī)的繞速為3000至3800米/分，其中較佳為3000至3500米/分，并且在紡程上安裝有一張力裝置。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于所述紡程長度為3.6-3.9米。
9.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于所述張力裝置是由兩排導(dǎo)絲器構(gòu)成的。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于所述兩排導(dǎo)絲器的垂直距離為3-20cm之間，前后距離為2-10cm之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及聚酯長絲的一步法紡絲方法及裝置。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明人吳嘉麟和羅寧燕提出的非平衡熔融紡絲新理論，通過在紡程上安裝一張力裝置而給絲條施加一定張力，從而達(dá)到在3000米/分至3800米/分的卷繞速度下利用現(xiàn)有的生產(chǎn)POY絲的紡絲設(shè)備(紡程長度可短至3.6-3.9米)一步法制造無毛絲的、強(qiáng)度大于5CN/dTex的、伸度在16-35％之間、結(jié)晶度達(dá)50％的、均勻性達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)指標(biāo)的全牽伸絲。本發(fā)明生產(chǎn)的FDY絲成本低，可直接用于針織和機(jī)織。
文檔編號D01D5/08GK1047895SQ8910384
公開日1990年12月19日 申請日期1989年6月9日 優(yōu)先權(quán)日1989年6月9日
發(fā)明者吳嘉麟, 羅寧燕 申請人:中國紡織大學(xué), 福建化纖化工總廠