專利名稱：具有高強度和拉伸均勻性的長絲及紡和拉伸類似物的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是1988年7月15日申請的申請?zhí)枮?7/220043發(fā)明專利申請的后續(xù)申請。
本發(fā)明是關(guān)于一種高旦尼爾的熱塑性單絲，具體地說，本發(fā)明是關(guān)于具有高強度/高結(jié)節(jié)強度和高拉伸均勻性的高旦尼爾的熱塑性單絲，和制備這種單長絲的方法及設(shè)備。
us.pat，No4，009，511和4，056，652在這里可結(jié)合參考，它們公開了高旦尼爾聚酰胺單絲及其制備方法。這個方法包括紡絲、驟冷和拉伸一種高旦尼爾的聚酰胺長絲幾個步驟，在第一、第二拉伸階段中，總拉伸比至少為5.5Χ。在第一次拉伸階段中，將單絲置于一蒸汽環(huán)境中，在此單絲被拉伸，其拉伸比至少為3.5Χ。在第二次拉伸階段中，單絲在一輻射加熱區(qū)內(nèi)被拉伸，其拉伸比至少為1.3Χ。在us，pat，No，4，009，511和4，056，652中公開了一種單絲的生產(chǎn)方法，該單絲有一沒有取向的表面層，表層取向較芯孔小。該單絲的折射系數(shù)n11小于1.567，而該單絲芯的折射系數(shù)n11大于1.57。
然而，所公開的方法生產(chǎn)的高強度和高結(jié)節(jié)強度單絲，其拉伸均勻性不如某些最終用途所希望的那末高。而且us，pat4，009，511和4，056，652的方法不適合以高的加工速度生產(chǎn)不同旦尼爾的單絲。
根據(jù)本發(fā)明，提供一個改進(jìn)的方法包括紡絲、水驟冷和拉伸一種高旦尼爾熱塑性單絲等幾個步驟，在第一次、第二次拉伸步驟中，總拉伸比至少為5.5Χ。在一高溫蒸汽加熱區(qū)域內(nèi)，進(jìn)行驟冷后長絲的第一次拉伸，在一輻射加熱的加熱區(qū)域內(nèi)，進(jìn)行第二次拉伸。
本發(fā)明方法的一種改進(jìn)是在單絲與導(dǎo)桿的表面例如喂給輥接觸之前，將水噴在單絲的表面，水量至少為單絲重量的10%(wt)。較好的是，通過調(diào)節(jié)長絲驟冷后所帶的殘余水來提供給單絲。更好的是，在單絲通過喂給輥之后，進(jìn)入汽蒸器之前，將另外的水噴在單絲上，水量為干單絲重量的5%wt。通過將工藝作這方法的改進(jìn)，就能有效地使單絲的拉伸均勻性得到明顯地提高。
本發(fā)明方法的另一種改進(jìn)是調(diào)節(jié)在汽蒸器前的驟冷長絲的溫度，使之與預(yù)定的第一次拉伸比相一致(即能進(jìn)行預(yù)定拉伸比的拉伸)。將第一次拉伸的拉伸點放在喂給輥之后和進(jìn)入由汽蒸器產(chǎn)生的高溫蒸汽加熱區(qū)之前的一個位置上。較好地是，在高溫區(qū)之前，汽蒸器內(nèi)有一個較低溫的蒸汽環(huán)境的蒸汽膨脹區(qū)，并且將拉伸點放在蒸汽膨脹區(qū)內(nèi)，或剛好在該區(qū)的前頭。在本發(fā)明的一個較好的實施方法中，通過調(diào)節(jié)單絲在驟冷浴中的停留時間，來控制驟冷后長絲的溫度。在拉伸點，不用或最好用水施加于單絲表面，提供給單絲的水量至少為5%wt。根據(jù)本發(fā)明控制并保持拉伸點位置，就能使產(chǎn)品有最佳的強度，結(jié)節(jié)強度和拉伸均勻性，而且這種改進(jìn)，還能連續(xù)地加工，生產(chǎn)量超過35磅/吋。
本發(fā)明的另一改進(jìn)是汽蒸器有入口和出口密封環(huán)，以容許單絲進(jìn)出汽蒸器和使高溫蒸汽加熱區(qū)的蒸汽損失為最小。在從出口密封環(huán)出去之前，將單絲表面冷卻。較好的是，在單絲從出口密封環(huán)出去之前，使單絲通過一水浴來使單絲表面冷卻，這樣就能使長絲的機械損失降至最低，由此提高了產(chǎn)品的均勻性。
本發(fā)明方法的另一個改進(jìn)是在提供的方法中，在第二次拉伸步驟中，控制單絲被拉伸的形狀，同時接受輻射加熱。根據(jù)本發(fā)明，在第二次拉伸階段，將單絲向前運動，至少一次通過輻射加熱的加熱區(qū)。在第一次通過輻射加熱區(qū)之前，單絲同變向輥接觸，從第一通道穿過加熱區(qū)。在第一次通過之后，單絲從變向輥決定的第二通道經(jīng)過，單絲同變向輥表面間的包角為75～200°之間。控制第一、第二變向輥的速率，因此當(dāng)單絲通過各個輥時，就使單絲的張力得到增加。
本發(fā)明方法的一個改進(jìn)是改進(jìn)了第二次拉伸，在單絲通過變向輥定的第二個通道時、單絲向前第二次通過輻射加熱區(qū)，連續(xù)進(jìn)行二次通過，就能使單絲的芯溫得到增加。這個方法也包括，在第二次通過之后，單絲同第三個變向輥接觸，并從第三個通道通過，單絲同第三個變向輥表面間的包角為75～200°?？刂频谌齻€變向輥的速度，因此當(dāng)長絲通過第三個變向輥定的第三通道時，就使單絲的張力得到增加。
本發(fā)明方法的另一改進(jìn)是改進(jìn)了第二次拉伸，包括在單絲通過第三個變向輥后，繼續(xù)向前，第三次通過輻射加熱區(qū)，連續(xù)進(jìn)行第二次和第三次通過，就能使單絲的芯溫得到增加。在第三次通過之后，將單絲進(jìn)一步地同第四個變向輥接觸，并經(jīng)過第四個變向輥決定的第四個通道，單絲同變向輥表面的包角為75～200°，控制第四個變向輥的速率，因此當(dāng)長絲通過變向輥定的第四個通道后，就使單絲的張力得到增加。
本發(fā)明的另一改進(jìn)是改進(jìn)了第二次拉伸，控制第一變向輥的速率，在長絲向前第一次進(jìn)入輻射加熱區(qū)時期，實際上未對長絲進(jìn)行拉伸。
本發(fā)明進(jìn)一步提供了用于連續(xù)拉伸纖維的設(shè)備，包括供至少一個輻射加熱區(qū)用的加熱器。該加熱區(qū)輻射加熱連續(xù)的纖維和一種推進(jìn)裝置，以便推進(jìn)纖維并使其至少一次通過加熱區(qū)。該推進(jìn)裝置包括最初的輥裝置和最后的輥裝置，和至少第一和第二變向輥，最后的輥裝置以大于最初輥裝置的速度推進(jìn)纖維，這就決定了裝置的拉伸比，第一和第二變向輥決定了纖維第一次通過輻射加熱區(qū)的路徑，和上述的第一和第二變向輥的表面與纖維間的夾角為75-200°，控制第一、二變向輥的速度，較好地是通過液壓馬達(dá)/泵來控制，因此，當(dāng)纖維向前通過每個變向輥后，纖維的拉力就得到了增加。
根據(jù)本發(fā)明，提供的取向的熱塑性聚合物的單絲具有1000以上的旦尼爾，強度約大于7.5g/d，強度的標(biāo)準(zhǔn)偏差約小于0.25，模量約大于45g/d，較好地是，熱塑性聚合物是聚酰胺，單絲的強度約大于8.0g/d，而強度的標(biāo)準(zhǔn)偏差約小于0.15。
通過參考附圖，可以更好地理解本發(fā)明。


圖1所示的說明了生產(chǎn)本發(fā)明的高旦尼爾熱塑性單絲的方法;
圖2是用于本發(fā)明的第二拉伸階段的較好的裝置的部分視圖，其中，單絲被四次輻射加熱;
圖3是如圖2所示的連續(xù)的單絲一次通過一個輻射加熱通道的路徑示意圖;
圖4是如圖2所示的連續(xù)的單絲二次通過一個輻射加熱通道的路徑示意圖;
圖5是如圖2所示的連續(xù)的單絲三次通過一個輻射加熱通道的路徑示意圖;
圖6是圖示了在一個理想的第二拉伸階段中，拉伸與單絲芯溫度的關(guān)系;
圖7圖示在驟冷浴中浸入的單絲長度和強度的關(guān)系圖;
圖8表示強度和從喂給輥起到拉伸點的距離的關(guān)系圖;和圖9a和9b是本發(fā)明的較好的單絲的截面剖視圖。
用于本發(fā)明的聚合物包括各種熱塑性聚合物和共聚物包括聚酰胺類，聚酯類，聚烯烴類等等。一般來說，高粘度的聚合物(例如特性粘度大于0.7的聚酯類和RV大于50的聚酰胺類)能用于生產(chǎn)本發(fā)明的高強度和高耐磨性的工業(yè)長絲，適宜的聚酰胺包括聚-(六甲撐己二酰胺)，(尼龍-6)，聚-(四亞甲基己二酰二胺)等等和它們的共聚物，適宜的聚酯包括聚-(對苯二酸乙酯)(2G-T)，聚(對苯二酸丙酯)，聚-(對苯二酸丁酯)，聚-(對苯二酸丁酯)，聚-(萘酸乙酯2.6)，聚-(1.4環(huán)己二甲醇對苯二酸酯)和它們的共聚物。適宜的聚烯烴類包括，聚乙烯，聚丙烯，聚丁烯等和它們的共聚物，本方法最適宜用聚酰胺類紡絲和拉伸，最適宜生產(chǎn)尼龍6-6和尼龍6單長絲的生產(chǎn)。
現(xiàn)在參看圖1，它描述了本發(fā)明的一個較好的方法，熱塑性聚合物通過紡絲頭10熔紡，例如該紡絲頭具有一相對大的圓形、非圓形或矩形的紡絲孔，當(dāng)然，熔化溫度要與被紡絲的聚合物相適宜，例如對尼龍6-6和2G-T來說，熔化溫度為270-295℃是適宜的，圖1中標(biāo)號12的單絲經(jīng)過在噴絲頭下的空隙13被拉伸，然后在水溫低于50℃的驟冷浴14中驟冷，在長絲進(jìn)入驟冷浴14之前，空隙13的長度大約在20-40英吋之間，在空隙和驟冷浴中，通過調(diào)節(jié)空隙的距離使拉力減到最小，以便在單絲定向拉長以前，使單絲表面的正雙折射和取向性的發(fā)展減到最小。然而，拉力不能太小，應(yīng)足以保證在驟冷浴中絲線的穩(wěn)定性。
在離開驟冷浴14后，在單絲與一些表面如喂給輥或其它的表面接觸之前，單絲帶以其干重量計，重于10%重量的水，較好的是，單絲與由標(biāo)號16所示的空氣噴咀相遇，在此調(diào)節(jié)單絲表面上的驟冷水量。最好是，單絲表面所帶的水量約在10%-25%之間(以干單絲重量計)。
然后，濕的長絲向前到拉輥18，在此控制紡時和向前通過驟冷浴14時長絲上的拉力，然后，單絲向前通過預(yù)拉伸輥20和喂給輥22，采用預(yù)拉伸輥來提高單絲的拉力，從而使單絲穩(wěn)定地供到喂給輥上。
單絲至少在二次拉伸階段中被拉伸，在下文將詳細(xì)描述第二次拉伸階段，在第一次拉伸階段中，單絲的拉伸比至少為3.0Χ。
根據(jù)本發(fā)明，在第一次拉伸階段的拉伸點上，單絲應(yīng)該是濕潤的，以使單絲具有最佳的拉伸性能，通常，在常規(guī)的紡絲濕度時，單絲由拉輥、預(yù)拉伸輥和喂給輥推動運行時，留在單絲上的大部分驟冷水被排除，因此，在本發(fā)明的較好方式中，控制第一次拉伸階段中拉伸點的位置，將在下文加以描述、在單絲進(jìn)入汽蒸室26之前，在加水位置24上將水加上，采用呢絨芯，來加以干單絲重量計大約5%以上的水。較好地是，加入的水量大約在5%-20%之間進(jìn)一步地，如果水是均勻地施加，例如按計量施加水，或施加過量的水，然后改變單絲的方向，結(jié)果過量的水就被拋出，在單絲上留下均勻的水。
可以相信，在第一次拉伸階段的拉伸點上濕潤的長絲具有的優(yōu)點是由于在拉伸點，吸收的水份進(jìn)入到表面，當(dāng)拉伸點在汽蒸室前面，而單絲是干的時候，可以相信，對吸收來說，由于水分缺乏或不足，單絲就較脆，纖維的延伸率較低，且強度也較差，在拉伸點，單絲上的水量應(yīng)當(dāng)均勻，且在5%以上，較好地是約在5%-20%之間，以千長絲的重量計。
在第一次拉伸階段中，單絲在汽蒸室26中經(jīng)受高溫蒸汽的作用。第一次拉伸步驟的條件是這樣選擇的。在拉伸過程中，從蒸汽得到的熱量有助于長絲的芯產(chǎn)生取向作用。此外，當(dāng)長絲被拉伸時，蒸汽基本上沒有取向作用，而且進(jìn)一步水化單絲的表面，以阻止在表面上分子取向或雙折射的發(fā)展，確定的第一次拉伸的那些條件要與特定的聚合物的性質(zhì)一致。對于尼龍6-6，在汽蒸室26中蒸汽的壓力通常約為80-170Psig，蒸汽的濕度為40%，溫度為120℃過熱蒸汽。
在本發(fā)明的方法中，在第一次拉伸步驟中，用蒸汽室26中的壓縮汽蒸室23來提供一個高溫蒸汽加熱區(qū)，壓縮汽蒸室23有一個較大的外殼該外殼有一入口密封圈25和出口密封圈27，它們使箱中的壓力損失降至最低，同時允許單絲12進(jìn)入室23，并且在另一端為單絲提供一個出口，較好的是，汽蒸室26在每一端也有一個獨立的室，即分別為進(jìn)口和出口的蒸汽膨脹區(qū)29和31，并與真空系統(tǒng)相連接(沒示出)。為這些室設(shè)置的帶孔的密封圈比密封圈25和27稍大，以便單絲進(jìn)、出該汽蒸器，膨脹區(qū)的主要目的是阻止蒸汽通過密封圈25和27泄漏而進(jìn)入廠區(qū)。然而，在汽蒸器中，需被汽蒸的單絲從較低溫度的蒸汽環(huán)境中進(jìn)入膨脹區(qū)29。
由于單絲的表面在高溫蒸汽加熱區(qū)被加熱到110℃以上，當(dāng)它從汽蒸器26出來時，就很可能變形。因此，當(dāng)它從汽蒸器26出來與出口密封圈27接觸時，單絲就有損傷的可能性。根據(jù)本發(fā)明，單絲在從汽蒸器的出口密封圈27出來之前，單絲表面先被冷卻到低于110℃。較好地是，這可以如圖1所示的使單絲通過設(shè)置在汽蒸器26的室23內(nèi)的水浴28來實現(xiàn)，水浴具有低于80℃的溫度是有利的，在較佳的實施例中，水浴28設(shè)置在室23內(nèi)靠近出口密封圈27處，因此，在水浴后，單絲僅短暫地暴露在室23的高溫蒸汽中，且基本上不再加熱，因此，水浴28實際上有效地用作高溫蒸汽加熱區(qū)的尾端。
根據(jù)本發(fā)明的方法，在進(jìn)入汽蒸器26之前控制驟冷長絲的溫度，使之與預(yù)定的拉伸比一致，因此，把第一次拉伸步驟的拉伸點放在喂給輥之后和單絲離開汽蒸器26的高溫蒸汽加熱區(qū)之前的一個位置上(進(jìn)入水浴28之前)。較好地是，拉伸點放在喂給輥之后和汽蒸器的高溫加熱區(qū)之前，如圖8所示，拉伸點的最佳位置是在進(jìn)入汽蒸器26的蒸汽膨脹區(qū)29內(nèi)或剛好在蒸汽膨脹區(qū)29的前頭。
根據(jù)本發(fā)明控制拉伸點的位置，實際上能改善單絲的強度，如果長絲太熱和拉伸點移到喂給輥22處，強度可能降低到1-2gpd那么多，結(jié)節(jié)強度降低至2-4gpd。同樣，如果拉伸點移到水浴28處，在拉伸時單絲被過度冷卻。拉伸性能將受到不利的影響，盡管將拉伸點放在汽蒸器的高溫區(qū)能獲得好的性質(zhì)。但是，可以相信，由于吸收了太多蒸汽進(jìn)入了表面。因此，所得的強度就比拉伸點放在高溫區(qū)前面所得到的低。
較好地是，通過調(diào)節(jié)單絲在驟冷浴14的滯留時間來調(diào)節(jié)驟冷后長絲的溫度。例如通過增加或減少在驟冷浴內(nèi)的通過路徑來控制。如圖1所示，并參看圖7，這可以通過在驟冷浴內(nèi)提供變向點15來實現(xiàn)，該變向點是可以移動的，當(dāng)該方法進(jìn)行時，將其放在驟冷浴中的不同深度，就可以增加或減少在驟冷浴中的穿行路徑，因此，就增加或減少了在該浴內(nèi)的停留時間，在此，可以調(diào)整由于不同類聚合物所給拉伸點帶來的影響。此外，對選擇和/或控制驟冷浴的溫度以調(diào)節(jié)驟冷后長絲的溫度，也是有利的，在本發(fā)明的一最佳實施方式中，當(dāng)該方法在穩(wěn)定條件下操作時，驟冷水溫度控制為±0.5℃，在驟冷水中長絲浸入路徑的長度控制在±2″(5.1cm)間。
如果拉伸點的位置放在汽蒸器的膨脹區(qū)的外面的話，那么就可以目測地監(jiān)控、如果拉伸點在汽蒸器的里面，無論它是在膨脹區(qū)還是不在膨脹區(qū)，都可以通過測定流入汽蒸器的蒸汽流量來進(jìn)行控制。如果拉伸點在膨脹區(qū)里面，蒸汽流量將比在高溫區(qū)里面大，理由是，因為單絲的直徑降低，將允許更多的蒸汽在入口密封圈處泄漏。
在從汽蒸器26出來之后，空氣汽提器30將除去單絲表面上的大部分的水，留下的水量小于2%。
在從汽蒸器26出來和進(jìn)入汽提器30之后，然后將單絲12與第一次階段的拉伸輥32接觸。在第一次拉伸階段中的拉伸量由與喂給輥22有關(guān)的第一次階段的拉伸輥的速度決定。第一次的拉伸輥32最好被加熱以利于予熱單絲進(jìn)行第二次步驟的拉伸。加熱的拉伸輥使能夠用較短的路徑長度通過第二步驟加熱器成為可能。并能較好地控制第二步驟的拉伸，對于尼龍6-6，輥加熱到110-160℃，較好地是約140℃。
從第一階段的拉伸輥32，單絲12向前進(jìn)入一設(shè)置在第二次拉伸步驟的輻射加熱器34。在第二次拉伸步驟中，輻射加熱包括使用一個加熱器34，該加熱器的溫度和長絲在內(nèi)部停留時間要同單絲聚合物相一致，對于尼龍6-6，暴露時間的溫度700℃-1300℃，因此，長絲的表面溫度需保持在所采用的聚合物的熔點至少10℃以下。
在本發(fā)明的方法中，第二階段拉伸是這樣進(jìn)行的，再參看圖1，和參看由于第二階段拉伸的由圖2-5所示的較佳裝置，在加熱器中長絲至少一次通過加熱區(qū)，通過一組控制速度變向輥(如圖1中元件36所示)來使長絲多次通過輻射加熱區(qū)。
現(xiàn)在更詳細(xì)地參看圖2，它示出了在本發(fā)明中長絲四次通過加熱器34，這個較佳的裝置包括由標(biāo)號36a至36g表示的一組變向輥，所有的變向輥的軸基本上互相平行，且都套上了軸承，以便旋轉(zhuǎn)。
控制變向輥36a至36d的速度，因此，單絲上的拉力隨單絲向前通過這些變向輥中的每一個而增加，在所描述的較佳的實施例中，輥36a至36d分別聯(lián)結(jié)到液壓馬達(dá)/泵38a至38d上，它們用作輥的制動器，當(dāng)單絲向前通過每個輥時，由此提高了單絲上的拉力，這可以將閥40a至40d同液壓馬達(dá)聯(lián)結(jié)來適當(dāng)?shù)赝瓿?。閥40a至40d聯(lián)結(jié)到標(biāo)號42所示的控制裝置上，并由其控制。在36a至36d的每個輥上設(shè)置轉(zhuǎn)速計，例如通過齒輪傳動的轉(zhuǎn)速表44a至44d和鄰近的轉(zhuǎn)速表46a至46d、控制裝置42，可以是一模擬控制器，或一數(shù)字控制器，從轉(zhuǎn)速表46a至46d中收集轉(zhuǎn)速訊號，并能開動聯(lián)結(jié)到液壓馬達(dá)/泵38a至38d的閥門，以預(yù)定的方法分別控制變向輥36a至36d的速度，如果需要，輥36e可以是一個控制速度的輥，可以理解，除液壓馬達(dá)/泵以外的裝置也可以用來控制變向輥的速度。例如，同步電動機，磨擦制動器和其它的能用來通過加熱器的控制速度的輥。
在圖2所描述的裝置中，單絲共四次通過加熱器34，分別用標(biāo)號ab，bc，cd和de標(biāo)示，輥36a～36d的表面和長絲的包角為75°～200°。因此，與輥接觸的長絲的速度可由輥的速度來控制，而在沒與輥接觸之前的時間內(nèi)基本上處于冷卻單絲芯溫時期，將變向輥安于最靠近加熱器。因此，長絲在加熱器外面的時間是有限的，因此，在每次通過加熱器后，長絲的芯溫增加。
再參看圖1，在第二次拉伸中，總的拉伸由與第一階段拉伸輥32有關(guān)的一對第二階段拉伸輥48的速度決定。然而，如圖2所示，在第二階段拉伸中，在每次通過加熱器34時，拉伸量由輥的速度來決定。這些輥的速度是預(yù)定的由控制裝置42來控制，例如在通道ab的拉伸量可以通過變向輥36a和36b之間的速度比率來決定，在通道bc的拉伸量由輥36b和36c決定，通道cd的拉伸量由輥36c和36d決定，通道de的拉伸量由輥36d和第二階段的拉伸輥48決定。較好的是，輥36a的速度與第一階段拉伸輥32有關(guān)，因此，單絲在進(jìn)入加熱器34之前，沒有受到明顯的拉伸，以保證拉伸點在加熱器內(nèi)。
現(xiàn)在參看圖3、4和5，它描述了本發(fā)明提供的可以使用的方法。在這個方法中，對于生產(chǎn)不同類型的單絲，單絲須經(jīng)過1、2、3或4個如圖2中描述的通道才能獲得所需的拉伸外形，圖3描述了采用輥36a和36b的穿過加熱器的一個通道ab，它適用于充分加熱過的而不用多個通道的單絲纖維，圖4描述了二個通道ab和bc省略了輥36d和36e并采用了如圖2所示的空轉(zhuǎn)輥36f。圖5描述了三通道ab、bc和cd省略了輥36e和空轉(zhuǎn)輥36f，其中穿行路線為從輥36d直接到空轉(zhuǎn)輥36g。
在圖2中描述的第二階段拉伸裝置能夠控制第二階段的溫度和拉伸外形，例如對于尼龍6-6的最佳的第二階段拉伸是總拉伸比不超過4，長絲芯的溫度比其發(fā)生分子晶形轉(zhuǎn)變的溫度高，例如，由三斜晶系向六方晶形轉(zhuǎn)變被認(rèn)為在140-160℃時發(fā)生。低于這個溫度時，如果拉伸比超過4.0Χ、分子鏈將斷裂，因為這種三斜晶系的分子之間的鍵比與降低分子量、強度和纖維抗疲勞性能有關(guān)的碳-碳鏈鍵大，在拉伸時，在臨界點，圖2的設(shè)備也使表面溫度高于芯溫成為可能。在第二階段拉伸中，長絲的表面溫度應(yīng)當(dāng)使單絲表面的取向性損失很多，而在第二階段拉伸期間，正好使之變細(xì)。這就得到所希望的基本上在單絲上沒有取向的皮層并得到好的結(jié)節(jié)強度，對橡膠的粘合性和抗撓曲疲勞性，由拉伸而產(chǎn)生這種變細(xì)時的溫度，可以由在第一階段汽蒸器中發(fā)生水合作用的表面聚合物的量來決定，例如在本方法中，對于尼龍6-6，220℃的表面溫度足夠產(chǎn)生所希望的低的表面取向性。
圖6描述了一種理想的第二階段拉伸曲線圖(拉伸與長絲溫度的關(guān)系)其說明了在本方法中產(chǎn)生所希望的單絲性質(zhì)和使單絲的斷裂降至最低。使用本發(fā)明的方法及裝置，在低溫及高溫時，接近理想拉伸，拉伸很小，在中間溫度時，拉伸很大。由于對第二階段拉伸能夠提供更實際的控制，因此，在本發(fā)明的方法中，最好選擇多個通道穿過輻射加熱區(qū)，最佳的是使用三個通道。
根據(jù)本發(fā)明，使用的第二次拉伸設(shè)備具有多面性，能產(chǎn)生多種不同旦的長絲，在不同工藝速度時，用相同的設(shè)備來對產(chǎn)品提供最佳的拉伸。本發(fā)明的方法和設(shè)備避免使用分開的拉伸階段，這樣分開的拉伸階段，實際上同階段間單絲的冷卻相伴隨，并且增加了單絲損傷的機會。
現(xiàn)在再參看圖1，從第二階段拉伸輥48出來的單絲，通過張力松馳輥50出來后打卷成長絲卷52。
根據(jù)本發(fā)明的方法生產(chǎn)的單絲在拉伸性能和拉伸均勻性方面都超過了已公開的uspat4009511和4056652所描述的長絲，而且本發(fā)明的方法還可以以高的生產(chǎn)量和/或較高的紡絲速度生產(chǎn)這樣的單絲。在本發(fā)明的一個較佳的方式中，聚合物紡成長絲的生產(chǎn)率大于16kg(35磅)/時。
通過采用本發(fā)明的方法，所產(chǎn)生的本發(fā)明的單絲，在高的拉伸均勻性，即偏差小于0.25時，強度大于7.5g/d。較好的是，在聚酰胺單絲中，在標(biāo)準(zhǔn)偏差小于0.15時，強度約大于8.0g/d，單絲的模量約在45g/d以上，而當(dāng)用聚酰胺生產(chǎn)單絲時，較好的是大約在50g/d以上。單絲的韌度約大于0.5g-cm/旦尼爾-cm，單絲的結(jié)節(jié)強度在標(biāo)準(zhǔn)偏差小于0.6時，大約在5.0g/d以上，此外，當(dāng)本發(fā)明的方法用于以大于35磅/時絲線的生產(chǎn)率和/或以1200rpm或更高的生產(chǎn)速度生產(chǎn)1000-12000旦尼爾的單絲時，這些性能都可以達(dá)到。
用本發(fā)明的方法生產(chǎn)出的單絲具有各種各樣的截面形狀，參看圖9a-9b所描述的本發(fā)明的較佳的單絲110a-110b，這些單絲為寬厚比大于20的橢圓截面，且寬度大約大于1.22/(密度) ，所謂“橢圓形”是指延伸的截面形狀的某一變化。它可以由9a-9b所示的矩形112來限制，它的密度(主要尺寸)，在附圖中用“X”表示且比用“Y”表示的它的厚度(主要尺寸)大。
較好地是，本發(fā)明單絲的截面有如圖9a所示的非圓形，即為帶圓形角的或半圓形端面的一般的矩形截面，因此，可用一非圓形或方形噴絲頭紡絲生產(chǎn)。根據(jù)擠壓出的聚合物的粘度，得到的單絲的截面與噴絲頭的截面相比可能稍有改變，并假設(shè)有一些橢圓形特征，且“平的”區(qū)域可能有些凸起，正如在這里作為單絲的橫截面，非圓形表示非圓形橫截面或近似于非圓形的橫截面，其它較好的實施例包括圖9b所示的橢圓形截面的單絲。
在截面為橢圓形的較好的單絲中，單絲的寬厚比，即圍成矩形的寬X除以厚y約大于2.0，雖然本發(fā)明的優(yōu)點隨著寬厚比增加到2.0以上才能被逐漸地認(rèn)識，但是對單絲來說，實際的上限是最終在橡膠制品中的應(yīng)用，在一固定區(qū)域內(nèi)，當(dāng)相鄰簾線需要的間隔足夠大時，例如35%時，對于橡膠制品，簾線和橡膠間就沒有足夠的支撐，因此，橡膠制品(如輪胎，就出現(xiàn)損傷。再者，若寬厚比變得很大(像膜一樣的長絲)，較高的剪切力和彎曲應(yīng)力將最終的使長絲折斷和劈裂，同時，本發(fā)明的單絲的寬厚比一般取大約不超過20。
本發(fā)明較好的單絲的寬度(mm)大約大于1.22/(密度)
，(在這里用密度表示)。本文中用g/cc表示，對聚-(六甲撐己二酰胺和聚cε-己酰胺)聚酰胺，密度在1.13-1.14范圍內(nèi)，對聚(對苯二酸乙酯)聚酯，密度在1.38-1.41范圍內(nèi)，因此，聚酰胺和聚酯單絲的寬度分別約大于1.15mm和1.03mm，比這些寬度大的本發(fā)明的單絲可以以更高的生產(chǎn)率制造。同時也降低了在織物中單絲的支數(shù)，由此降低了在使用中的費用。通過制造較寬的長絲而不增加厚度，增加產(chǎn)品的旦尼爾來得到較高的制造生產(chǎn)率，令人驚奇的是，本發(fā)明的較好的單絲可以以某種速度進(jìn)行紡絲，驟冷和拉伸，這僅取決于它們的厚度，因此，與同厚度的窄長絲相比，較寬的長絲磅/時/絲條的生產(chǎn)率要高，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，高生產(chǎn)率和對消費者的利益高度負(fù)責(zé)的最好結(jié)合的本發(fā)明的單絲的寬度為(mm)要大于1.22/(密度) 。
本發(fā)明的單絲的旦尼爾大約在1000以上，可以是12000那么大或更大，大約大于2000旦尼爾的單絲是較好的。
在本發(fā)明的方法中生產(chǎn)的單絲有一不取向的表面層，這對聚酰胺來說大約是3-15微米厚水平折射系數(shù)n11小于1.567，芯的水平折射系數(shù)n11大于1.57。由于不取向表面層對橡膠有好的粘合性，因此，單絲是最適合在橡膠方面應(yīng)用。
本發(fā)明還用下面的一些例子來說明，其中報告的一些結(jié)果都是通過下述的試驗方法來測定的。
試驗方法條件本發(fā)明的高旦尼爾的單絲需要用10天的時間暴露在大氣中，才能使其的濕度與大氣環(huán)境濕度相一致，在下面所描述的長絲試驗中，各種品種的暴露時間均不能小于達(dá)到和環(huán)境濕度相一致的暴露時間，例如約0.012〃厚的2000旦尼爾的單絲大約要用3天時間才達(dá)到平衡，但是約0.018〃厚的6000旦尼爾的長絲要用5天，所要求的時間的實際長短取決于單絲的厚度，在一些例子中所報告的單絲的性能是在紡絲后經(jīng)過24小時平衡后測量的，對在權(quán)利要求中所列出的長絲的一些性能，是在水份完全平衡時測量的(旦尼爾的兩次測量是在相隔24小時后進(jìn)行的)。
相對粘度聚酰胺的相對粘度指的是在25℃時用毛細(xì)管粘度計測得的浴液和溶劑粘度的比率。溶劑是含10%(wt)水的甲酸，溶液是溶在溶劑中的8.4%(wt)的聚酰胺聚合物的溶液。
寬度和厚度寬度和厚度是用StarrettModelT22數(shù)字測徑器或等效的儀器測量，對寬度的測量，最常規(guī)的是把單絲對折成“V”形，并同時測量“V”形的兩邊。一定把“V”形的頂點剛好放在測量區(qū)域的外邊，這種技術(shù)保證單絲在測量儀器的兩面之間不傾斜，避免得到一個偏低的讀數(shù)。
旦尼爾，將單絲的相對濕度調(diào)整到55±2%并且在溫度為75±2°F的一個期間內(nèi)打捆，當(dāng)單絲從制備起已放置10天以上時，這個期間通常為24小時內(nèi)，稱9米的單絲樣品，旦尼爾用9000米樣品重多少克來表示。
拉伸性能在進(jìn)行初紡單絲的拉伸試驗之前，調(diào)濕單絲，以便在一最短的特定期間內(nèi)，在相對濕度為55±2%和溫度為75±2°F時打捆。當(dāng)長絲從紡成起已放置10天以上時，這個期間通常為24小時內(nèi)，使用Instron裝置記錄調(diào)濕了的單絲的應(yīng)力/應(yīng)變特征。用至少維持在40Psig壓力的空氣一活動型4-DInstron鉗夾緊樣品，拉伸樣品直到斷裂，同時連續(xù)地記錄單絲由于應(yīng)力的作用產(chǎn)生的應(yīng)變，初始的長度為10英吋。十字頭速度保持恒定的6英吋/分鐘，在樣品斷裂前，所加的負(fù)荷，是最大的斷裂強度。用磅或公斤表示。
用斷裂強度除以旦尼爾來計算強度(在校正長絲的粘合力之后)，并用克/旦尼爾(g/d)表示。
當(dāng)樣品斷裂時，伸長是樣品的應(yīng)變。
模量是拉力應(yīng)變曲線的起始直線部分的切線的斜率乘以100并除以沒浸沒的旦尼爾數(shù)，通常所記錄的模量至少小于2%應(yīng)變。
結(jié)節(jié)強度的測量與直線拉伸性測量方式相同，除了在單絲中在樣品頭上系結(jié)，其在待試樣品的大約中點處外。樣品頭上的結(jié)是通過聯(lián)結(jié)單絲的一段而成并大約在這單絲的中點處，由于卷緊后的單絲松開后有一些彎曲，在分開的樣品中所系的結(jié)有這種彎曲和抗這種彎曲，因此取兩者的平均值。
韌度是在應(yīng)力應(yīng)變曲線下的面積除以Instron量規(guī)測出的長度和校正后的旦尼爾值來測定。
例1本例是描述用本發(fā)明的較好的方法制備旦尼爾值為3000的聚六甲撐己二酰胺單絲。
在一連續(xù)的聚合釜中制備高質(zhì)量的聚六甲撐己二酰胺聚合物，其相對粘度為70，通過一非園形(帶園形角的矩形2.79×9.65mm)的噴絲頭以48磅/吋的速度擠壓成單絲，單絲垂直向下通過一26 1/2 英吋的空隙(67.3cm)，然后在22℃的水中驟冷，在水中滯留距離為137英吋(348cm)。在水中驟冷之后，在長絲上所帶的驟冷水量通過調(diào)節(jié)空氣噴咀中的空氣流速來控制，因此長絲表面上的水量為10～25%(以千絲的重量計)。然后將濕長絲依次向前到以214.6ypm(196.2mpm)的牽引輥，以214，8ypm(196.4mpm)的預(yù)拉輥，和以218ypm(199.3mpm)的喂給輥。在喂給輥后，通過將長絲同含水的氈相接觸，來將另外的水加到單絲上。呢氈的供水速度是0.8加侖/吋(加13%的水，以單絲的干重為基礎(chǔ))。然后單絲向前進(jìn)入49cm長的汽蒸器，在那里用壓力為137psig(178℃)的飽和蒸汽處理。在進(jìn)入汽蒸器之前，單絲同變向輥接觸，在那里，將單絲上的水量均勻地降低至15%，該汽蒸器有入口和出口蒸汽膨脹室，并與一真空源相連，以防止蒸汽泄漏到廠區(qū)。
雖然仍在汽蒸器中，但是在高壓蒸汽室的出口端附近，單絲向前運行通過一大約長3cm溫度為60℃的水浴，該水浴中水以約4加侖/小時的速度流動。在離開汽蒸器之前，單絲的表面在水浴中冷卻，以避免長絲被汽蒸器的出口密封環(huán)擦傷，然后單絲向前到一空氣汽提器，在這里，從長絲中除去大部分的表面水，留下的水量為小于2%(以干長絲的重量計)。然后單絲向前到加熱到142℃的第一階段拉伸輥，該輥以814ypm(744mpm)的速度轉(zhuǎn)動，在這些條件下，將拉伸點剛好在入口膨脹區(qū)上，汽蒸器的入口密封圈前。
然后，長絲向前，來回三次(如圖2所示)通過平均溫度大約為870℃，長度為50英吋，127cm長的輻射加熱器，單絲的路徑如圖5所示?？刂泼恳淮瓮ㄟ^的拉伸量，相應(yīng)地提高了長絲的溫度，通過仔細(xì)地控制供每一次穿過加熱器用的變向輥的速度。變向輥又是拉伸輥，在這里速度通過限定安裝在輥軸上的液壓泵的排出流速來控制。因此，在通道1之前的輥速是844ypm(772mpm)(通道1之前單絲上的拉力是4000克)，通道2前的輥速是1038ypm(949mpm)，通道3前是1110ypm(1015mpm)，在通道3后是1225ypm(1120mpm，拉力近10400g)。然后單絲向前到第三階段約以1250ypm(1143mpm)輥速運行的拉伸輥，讓下面的輥以1227ypm(1122mpm)的輥速運行和卷緊成捆，卷緊成捆的拉力大約是500g，并整理成良好的捆形。
本方法所制得的產(chǎn)品是一非園形截面的單絲，其旦尼爾值為3000，條件性能如表1所示。
例二在本例中描述了用本發(fā)明的方法制備的近4000旦尼爾的聚六甲撐己二酰胺單絲，這個例子描述了在喂給輥后(參見部分Ⅰ)，對單絲另外噴水，得到了改進(jìn)的拉伸性能，在表面向?qū)л伣佑|之前(參見部分Ⅱ)，向單絲表面提供水得到了改進(jìn)的性能，在從汽蒸器出來之前，冷卻單絲得到了改進(jìn)的性能(參見部分Ⅲ)。部分Ⅳ說明了在第一次拉伸階段中，在不同位置控制拉伸點，部分Ⅴ說明了在第二階段拉伸中，改變拉伸外形。
高質(zhì)量的聚六甲撐聚合物是在一連續(xù)聚合釜中制備的，其相對粘度為70，并通過一非圓形噴絲頭(帶園角的矩形2.79×9.65mm)以38.8磅/吋(17.6kg/吋)擠壓成長絲，長絲垂直向下通過一28 1/4 英吋(71.8cm)的空隙，在22℃的水中驟冷，在水中的距離為123.5英吋(313.7cm)。驟冷后，通過調(diào)節(jié)空氣噴咀的空氣流速來調(diào)整殘留在長絲上帶的驟冷水量，結(jié)果在長絲表面上的水量為10～25%之間(以千單絲的重量計)。然后濕長絲向前依次到牽引輥(以130.6ypm即119.4mpm)預(yù)拉輥(以131.5ypm即120.25mpm)，和喂給輥(以133.1ypm即122.7mpm)，在喂給輥后，通過將長絲同呢絨氈接觸，來將水加到單絲上，呢絨氈供水速度是0.8加侖/吋(加12.9%的水，以干單絲的重量計)。然后長絲向前進(jìn)入一長49cm的汽蒸器，在那里用壓力為140psig1180℃)的飽和蒸汽處理。在進(jìn)入汽蒸器之前，單絲同變向輥接觸，汽蒸器將單絲上的水量降至相對均勻的值-15%，該汽蒸器有入口和出口蒸汽膨脹室，并與一真空源相連，以防止蒸汽泄漏到廠區(qū)。
雖然仍在汽蒸器中，但是在高壓蒸汽室的出口端附近，單絲向前運行通過約3cm長溫度約為60℃的水浴，該水浴中水以4加侖/時的速度流動。在離開汽蒸器之前，單絲表面在水浴中冷卻，以避免長絲被汽蒸器的出口密封圈擦傷，然后單絲向前到一空氣汽提器，在那里除去長絲表面上多余水，使其小于290(以千長絲的重量計)。然后單絲向前到第一階段加熱到142℃的拉伸輥，并以496.4ypm(453.9mpm)輥速運行。在這些條件下，拉伸點是在汽蒸器的入口蒸汽膨脹區(qū)。
然后長絲向前，來回三次(如圖2所示)通過一輻射加熱器，該加熱器約50英吋(127cm)長，平均溫度約為870℃，單絲的路徑如圖5所示，拉到每一次通過的拉伸量，相應(yīng)地長絲的溫度得到提高，通過仔細(xì)地控制供每一次穿過加熱器用的變向輥的速度。在這里，變向輥為拉伸輥，通過限制安裝在輥軸上的液壓泵的排出流速來控制速度。因此，在通道1前的輥速是為515ypm(471.2mpm)，拉力為5300g，通道2前輥速是592ypm(541.5mpm)，通道3前，輥速為738ypm(674.8mpm)(拉力近13800g)。然后單絲向前到第二階段以750ypm(685.8mpm)，輥速運行的拉伸輥，讓下面的輥以736ypm，(673mpm)輥速運行并卷緊成捆，卷緊的拉力約為750g，整理成好的捆形。
用本發(fā)明的方法生產(chǎn)出的產(chǎn)品是旦尼爾值為4000的非圓形截面的單絲，條件性能如表1所示。
例2的部分Ⅰ旦尼爾為4000的聚六甲撐己二酰胺單絲，如例2制得，除了在喂給輥后不使用附加水外，在驟冷后長絲上的水約為20%(以千長絲的重量計)。單絲的性能在表1列出，并示出了強度方面的標(biāo)準(zhǔn)偏差較例2大。
例2的部分Ⅱ通過例2的方法制備的旦尼爾為4000的聚六甲撐己二酰胺單絲，除了在離開驟冷水浴后，沒有水離開長絲和在喂給輥后，什么也沒有施加之外。一空氣噴射汽提器和氈用來基發(fā)上去除驟冷后的水份，紗線不是以所有表面均接觸導(dǎo)輥，性能在表1列出，顯然直線和結(jié)節(jié)處的拉伸性能低例2的差。而且，與例2相比，拉伸值的標(biāo)準(zhǔn)偏差(sigma)卻很高。
例2的部分Ⅲ如例2的方法制備單絲，但在單絲從汽蒸器的高壓區(qū)出來之前，不用水冷卻，單絲的性能在表1列出，直線強度和特別是結(jié)節(jié)的強度卻由于從汽蒸器出來之前缺乏冷卻產(chǎn)生不利的影響。而且，如果不如水冷卻，材料會沉積在出口密封圈上，這些沉積物使長絲受到積械損傷和拉伸性能降低。
例2的部分Ⅳ如A-H表示的單絲，通過調(diào)節(jié)單絲在驟冷浴中的長度來控制停留時間。從而影響第一階段拉伸的拉伸點控制，采如用例2中描述的方法，除了長絲在驟冷浴內(nèi)的路徑從115英吋改變到155英吋外，其余相同，得到的長絲的強度和浸入單絲的長度的函數(shù)關(guān)系標(biāo)繪在圖7中，圖8是強度與從喂給輥起的拉伸點的距離的關(guān)系曲線圖。
此外，在如例2的一個延長的期間制備了如G和H等同的單絲，只是單絲的浸入長度分別為121和135英吋，這些單絲產(chǎn)品的拉伸性能在表2中列出。
在驟冷浴中浸入長度為115～155英吋時，單絲A-H的強度分別在9.2-9.8g/d之間?？墒牵谧罴训捏E冷長度約為121-128英吋時，長絲的強度有最大值，大約為9.7-9.8g/d，在此值時拉伸的拉伸點位于汽蒸器的高壓、高溫蒸汽加熱區(qū)內(nèi)(在汽蒸器的進(jìn)口蒸汽膨脹區(qū)內(nèi)或剛好在汽蒸器的進(jìn)口蒸汽膨脹區(qū)前。
例2的部分Ⅴ如例2的方法制備單絲，除了改變在第二階段拉伸的輻射加熱器中變向輥的速度外，其余相同，正如在表3中所列出的，并有兩個條件(A)使拉伸在輻射加熱器前部發(fā)生和(B)、使拉伸在輻射加熱區(qū)的后部發(fā)生，這兩種情況得到的結(jié)果如表3所示，控制在例2中說明的輻射加熱器內(nèi)的變向輥的速度，結(jié)果使在每條通道內(nèi)拉伸的增量與在那條通道內(nèi)長絲達(dá)到最大的強度的溫度的升高相一致。
例3本例描述了根據(jù)本發(fā)明的方法以高的生產(chǎn)率制備近8000旦尼爾，且寬厚比為3.9的聚六甲撐己酰胺單絲。
高質(zhì)量的聚六甲撐己二酰胺聚合物是在一連續(xù)聚合物室內(nèi)制備，且相對粘度為70，并通過一非圓形噴絲頭(帶圓形角的矩形3.18×14.4mm)以75磅/吋(34.1kg/吋)的速度擠壓成長絲，垂直向下通過一28 1/4 英吋(71.8cm)的空隙，然后在22℃的水浴中通過大約174英吋(441cm)的距離來達(dá)到驟冷，在水驟冷之后，通過調(diào)節(jié)空氣噴射泵中空氣流速來調(diào)整殘留在長絲的驟冷水量，結(jié)果長絲表面上的水量是在10～25%之間，(以千單絲的重量計)。然后濕的單絲向前依次到牽拉輥以128.8ypm(117.7mpm)，預(yù)拉輥以128.9ypm(117.8mpm)和喂給輥以131ypm(120mpm)。在喂給輥后，通過與呢絨氈接觸，呢氈以0.8加侖/吋(13%的水，以千長絲的重量計)的速度將水加到單絲上，然后長絲向前進(jìn)入一長49cm的汽蒸器，并用壓力為145psig(182℃)的飽和蒸汽處理。在進(jìn)入汽蒸器之前，將單絲同變向輥接觸，把單絲上的水降低至相對均勻的值約為15%，該汽蒸器有入口和出口蒸汽膨脹區(qū)，并與一真空泵系統(tǒng)聯(lián)結(jié)，以阻止蒸汽泄漏到廠區(qū)。
雖然仍在汽蒸器內(nèi)，但是在出口端附近，單絲運行通過一約3cm長的且溫度約為60℃的水浴、該水浴中的水以4加侖/吋的速度流動。在離開汽蒸器之前，將單絲的表面冷卻到約低于110℃。然后，單絲向前到一汽提器，從長絲上除去多余表面水，使其值＜2%(以千長絲重量計)。單絲繼續(xù)向前到加熱到146℃的第一階段拉伸輥。并以499ypm(454ypm)的輥速運行。在這些條件下，拉伸點是在汽蒸器的蒸汽膨脹區(qū)內(nèi)。
然后，長絲來回三次通過一約50英吋(127cm)長(每條通道)且平均溫度約為870℃的輻射加熱器，以如下的方式控制變向輥的速度，通道一前，輥速為506ypm(463mpm)，通道2前，輥速為579ypm(532mpm)，通道3前，輥速為660ypm，(609mpm)和在通道3后，輥速為735ypm(672mpm)。然后，單絲向前到第二階段拉伸輥，以輥速約為750ypm(686mpm)運行，使后面的輥速約為737ypm(673mpm)，并卷緊成捆，卷緊時張力約為850g，并整理成好的捆形。
本方法的產(chǎn)品有一非園形的截面，旦尼爾值為8000的單絲，24小時的條件性能在表4中列出。
表1條件例1例2例2部分Ⅰ在驟冷浴和喂在驟冷浴和喂在驟冷水浴和給輥之后將給輥之后將喂給輥之后不10～25%10～25%加10～25%的水加到長絲的水加到長絲的水到長絲上上上光滑導(dǎo)輥光滑導(dǎo)輥光滑導(dǎo)輥旦尼爾300040004000(正常值)速度ypm1250750750直線強度gpd9.259.239.20標(biāo)準(zhǔn)偏差0.120.120.21(直線強度)結(jié)節(jié)強度gpd6.06.06.1標(biāo)準(zhǔn)偏差0.500.610.46(結(jié)節(jié)強度)
(續(xù))表1條件例2部分Ⅱ例2部分Ⅲ在驟冷水浴和喂給在汽蒸器輥之后不加10～沒有水浴25%的水到長絲上光滑導(dǎo)輥光滑導(dǎo)輥旦尼爾(正常值)40004000速度ypm750750直線強度gpd8.859.1標(biāo)準(zhǔn)偏差(直線強度)0.40.5(n＝8)結(jié)節(jié)強度gpd4.84.8標(biāo)準(zhǔn)偏差(結(jié)節(jié)強度)1.351.4(n＝8)
表2單絲GH旦尼爾39873981直線強度gpd9.89.4直線拉伸率%18.317.9結(jié)節(jié)強度gpd6.66.5結(jié)節(jié)拉伸率%14.013.7
表3改變第二階段拉伸外形的效果輥速例2部分ⅤA部分ⅤB第一階段輥ypm488.2488.2488.2第二階段輥ypm750750750S-1液壓輥ypm507.8545.7489.2S-2液壓輥ypm542.1582.7522.1S-3液壓輥ypm668.7719.5643.2單絲性能直線強度GPD9.359.09.0直線E-BRK%18.6518.518.9結(jié)節(jié)強度GPD5.855.25.85結(jié)節(jié)E-BRK%12.8511.612.65
表4強度(gpd)8.6標(biāo)準(zhǔn)偏差(n＝10)0.22結(jié)節(jié)強度(gpd)5.4模量(gpd)51.0寬厚比3.9截面非圓形
權(quán)利要求
1.一種包括紡絲過程，驟冷過程以及至少在第一次和第二次拉伸步驟中拉伸高旦尼爾的熱塑性單絲的方法，在第一次拉伸步驟中驟冷過的單絲向前通過一有高溫蒸汽的汽蒸器，并在第二次拉伸步驟中通過一輻射加熱器加熱區(qū)，總的拉伸比至少在5.5X以上。在水驟冷之后，單絲與導(dǎo)輥和包括喂給輥的表面接觸，此后，進(jìn)入汽蒸器中，其特征是在和上述的導(dǎo)輥和表面接觸以前，向單絲表面提供水，其水量至少因10%(以為單絲的重量計)。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中在上述單絲上的水量大約在10～25%之間(以千單絲的重量計)。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中通過調(diào)節(jié)殘留在長絲上的驟冷水，來完成向上述單絲提供水的過程。
4.如權(quán)利要求3的方法，其中通過在單絲上的直接的空氣噴咀，來調(diào)節(jié)長絲所帶的殘留驟冷水，以完成在長絲上殘留驟冷水的調(diào)節(jié)。
5.如權(quán)利要求1的方法，還包括在單絲向前通過喂給輥之后和進(jìn)入汽蒸器之前，把附加水加到單絲上，其量約為5%(以千單絲重量計)。
6.如權(quán)利要求1的方法，還包括在單絲向前通過喂給輥之后和進(jìn)入汽蒸器之前，把附加水加到單絲上，其量約在5～20%之間(以千單絲的重量計)。
7.如權(quán)利要求6的方法，其中上述的水量均勻施加到單絲上。
8.如權(quán)利要求1的方法，其中單絲的旦尼爾大約在1000旦尼爾以上。
9.如權(quán)利要求1的方法，其中該方法的生產(chǎn)量至少約為35磅/吋單絲。
10.一種包括紡絲過程，在水冷浴中水驟冷的過程以及至少在第一次和第二次拉伸步驟中拉伸高旦尼爾的熱塑性單絲的方法，其中在第一次拉伸步驟中上述驟冷過的單絲通過同喂給輥接觸，至少以3.0×的拉伸比被定向拉伸，并向前通過一高溫蒸汽環(huán)境的高溫蒸汽加熱區(qū)，然后與第一次步驟拉伸輥相接觸，其中在第二次拉伸步驟中，上述單絲向前通過一有輻射加熱器的加熱區(qū)，總的拉伸比至少在5.5×以上，其特征是在汽蒸器之前，調(diào)節(jié)驟冷單絲的溫度，使之與預(yù)定拉伸比一致，將第一次拉伸點保持在喂給輥后和汽蒸器的高溫蒸汽加熱區(qū)之前。
11.如權(quán)利要求10的方法，其中通過調(diào)節(jié)單絲在驟冷水浴中的停留時間來進(jìn)行驟冷單絲溫度的調(diào)節(jié)。
12.如權(quán)利要求11的方法，其中通過調(diào)節(jié)通過驟冷水浴的輸送路徑的長度來進(jìn)行在驟冷水浴中停留時間的調(diào)節(jié)。
13.如權(quán)利要求10的方法，其中通過調(diào)節(jié)驟冷水浴的溫度來進(jìn)行驟冷單絲溫度的調(diào)節(jié)。
14.如權(quán)利要求10的方法，其中上述的汽蒸器在上述的高溫蒸汽加熱區(qū)之前有一進(jìn)口膨脹區(qū)，該入口膨脹區(qū)有比上述的高溫蒸汽加熱區(qū)的蒸汽環(huán)境低的溫度的蒸汽環(huán)境，調(diào)節(jié)上述單絲的溫度，將上述的拉伸點放在進(jìn)口蒸汽膨脹區(qū)內(nèi)。
15.如權(quán)利要求10的方法，其中上述的汽蒸器在上述的高溫蒸汽加熱區(qū)之前有一進(jìn)口膨脹區(qū)，該入口膨脹區(qū)有比上述高溫蒸汽加熱區(qū)的蒸汽環(huán)境低的溫度的蒸汽環(huán)境，調(diào)節(jié)上述單絲的溫度，將上述的拉伸點放在蒸汽膨脹區(qū)的前頭，并緊靠蒸汽膨脹區(qū)。
16.一種包括紡絲過程，在水驟冷浴中水驟冷的過程以及至少在第一次和第二次拉伸步驟中拉伸高旦尼爾的熱塑性單絲的方法，其中在第一次拉伸步驟中，上述驟冷過的單絲通過與喂給輥接觸，至少以3.0×的拉伸比被定向拉伸，并向前通過一有高溫蒸汽環(huán)境的高溫蒸汽加熱區(qū)的汽蒸器，然后與第一步驟的拉伸輥接觸，其中在第二拉伸步驟中的上述單絲向前通過一輻射加熱器加熱的區(qū)域，總拉伸比至少為5.5×，其特征是在汽蒸器的前面，調(diào)節(jié)驟冷長絲的溫度，使之與預(yù)定的拉伸比一致，將第一步驟的拉伸點放在喂給輥之后和在汽蒸器產(chǎn)生的高溫蒸汽加熱區(qū)之前;和向上述的單絲提供水，當(dāng)上述的單絲向前運行到上述拉伸點時，其表面的水量至少約為5%(以千單絲的重量計)。
17.如權(quán)利要求16的方法，其中在拉伸點單絲上的水量約為5%～20%之間(以千單絲重量計)。
18.如權(quán)利要求17的方法，其中上述的水量均勻施加到單絲上。
19.如權(quán)利要求16的方法，其中上述的汽蒸器在上述的高溫蒸汽加熱區(qū)之前，有一進(jìn)口膨脹區(qū)，該進(jìn)口膨脹區(qū)有比上述的高溫蒸汽加熱區(qū)的蒸汽環(huán)境低的蒸汽氣氛溫度。調(diào)節(jié)上述單絲的溫度，使拉伸點放在上述進(jìn)口蒸汽膨脹區(qū)內(nèi)。
20.如權(quán)利要求15的方法，其中上述的汽蒸器在上述高溫蒸汽加熱區(qū)之前有一進(jìn)口膨脹區(qū)，該入口膨脹區(qū)有比上述高溫蒸汽加熱區(qū)的蒸汽環(huán)境低的溫度的蒸汽環(huán)境，調(diào)節(jié)上述單絲的溫度，使拉伸點放在蒸汽膨脹區(qū)的前頭，并緊靠蒸汽膨脹區(qū)。
21.一種包括紡絲過程，水驟冷過程以及至少在第一次和第二次拉伸步驟中拉伸高旦尼爾的熱塑性單絲的方法。其中，在第一次拉伸步驟中，單絲向前通過一含汽蒸器的高溫蒸汽加熱區(qū)，該汽蒸器有允許單絲從汽蒸器進(jìn)入和出去的口及出口密封圈，從而使汽蒸器的蒸汽損失降至最小。在上述高溫蒸汽加熱區(qū)中單絲被加熱到110℃以上，然后在第二拉伸步驟中，向前通過一有輻射加熱器的加熱區(qū)，總拉伸比至少約為5.5×，其特征是在從所說的汽蒸器出口密封圈出來之前，冷卻單絲表面。
22.如權(quán)利要求21的方法，其中單絲在從上述的汽蒸器出口密封圈出來之前，先通過一個水浴來使其表面冷卻。
23.如權(quán)利要求22的方法，其中上述水浴溫度約低于80℃。
24.如權(quán)利要求21的方法，其中單絲的旦尼爾數(shù)大約在1000以上。
25.一種包括紡絲過程，水驟冷過程以及至少在第一次和第二次拉伸步驟中拉伸高旦尼爾的熱塑性單絲的方法，在第一次拉伸步驟中，單絲向前通過一高溫蒸汽環(huán)境的汽蒸器。然后向前進(jìn)入第二次拉伸步驟，在這里單絲受輻射加熱，總拉伸比至少約為5.5×，其特征是在第二次拉伸步驟中，所說的長絲至少一次向前通過一輻射加熱區(qū)。在第一次通過輻射加熱區(qū)之前，所說的長絲向前運動同第一個變向輥接觸。在第一次通過之后，所說的長絲同第二個變向輥接觸。所說的長絲同每個輥筒的包角為75～200°;和控制上述第一個和第二個變向輥的速度，因此，當(dāng)單絲向前通過上述的每一個輥時，施加到單絲上的張力隨之增加。
26.如權(quán)利要求25的方法，還包括在上述單絲向前通過第二個變向輥后，向前運動的單絲第二次通過一輻射加熱區(qū)，逐次完成第一次及第二次通過，從第一次通過到第二次通過，單絲的芯溫逐漸增加。上述的方法還包括上述第二次通過后，單絲與第三變向輥接觸，單絲通過75～200°之間的包角與上述的第三變向輥表面接觸，控制第三個變向輥的速度，因此當(dāng)單絲向前通過第三個變向輥時，施加到單絲上的張力增加了。
27.如權(quán)利要求26的方法，進(jìn)一步包括單絲向前通過第三個變向輥之后，繼續(xù)向前第三次通過一輻射加熱區(qū)，逐次完成第一、第二、第三次通過，經(jīng)過第一次通過到第三次通過，單絲芯溫得到增加，上述的方法還包括在第三次通過后，單絲還與第四個變向輥接觸，上述第四變向輥表面通過一約75-200°之間的包角，與單絲接觸，當(dāng)單絲向前通過第三個變向輥時，控制第四個變向輥的速度，施加到單絲上的張力隨之增加。
28.如權(quán)利要求25～27中的任意一個方法，其中控制第一個變向輥的速度，因此，在第二次拉伸階段，基本上沒有拉伸量賦予單絲，直到單絲向前到第一個輻射加熱區(qū)為止。
29.如權(quán)利要求25的方法，其中單絲的旦尼爾數(shù)約在1000以上。
30.用于連續(xù)拉伸纖維的設(shè)備包括至少為一個加熱區(qū)提供連續(xù)輻射加熱纖維的加熱器裝置;用于推進(jìn)纖維使纖維至少一次通過加熱區(qū)的推進(jìn)裝置，該推進(jìn)裝置包括起始輥裝置，終止輥裝置和至少第一個及第二個變向輥，上述終止輥裝置以一個比起始輥裝置大的速度推進(jìn)上述纖維，以使設(shè)備產(chǎn)生拉伸比，上述第一及第二個變向輥決定了纖維第一次穿過輻射加熱區(qū)的路徑，纖維和第一及第二個變向輥的表面包角為75～200°;和用于控制上述第一及第二個變向輥速度的裝置，因此當(dāng)纖維向前通過上述每一個變向輥時，在纖維上的裝置隨之增加。
31.如權(quán)利要求30的設(shè)備，其中上述的推進(jìn)裝置還包括第三個變向輥，它與上述第二個變向輥一起，確定了纖維第二次通過輻射加熱器的路徑，因此，從第一次通過到第二次通過纖維的溫度得到增加，上述第三個變向輥的表面通過75-200°之間的包角與纖維接觸，上述設(shè)備還包括控制第三個變向輥速度的裝置，當(dāng)纖維向前通過第三個變向輥時，施加到纖維上的拉力增加了。
32.如權(quán)利要求31的設(shè)備，其中上述的推進(jìn)裝置還包括第四個變向輥，它和第三個變向輥一起確定了纖維第三次通過輻射加熱器的路徑，因此從第二次通過到第三次通過，纖維的溫度得以增加。上述第四個變向輥的表面通過-75～200°之間的包角，與纖維接觸，上述的設(shè)備還包括控制第四個變向輥的速度的裝置，當(dāng)纖維向前通過第四個變向輥時，施加到纖維上的拉力增加了。
33.如權(quán)利要求30-32中的任意一個裝置，其中用于控制上述第一個變向輥的速度的上述裝置控制了上述第一個變向輥的速度，因此，在第二次拉伸階段，基本上沒有拉伸量賦與纖維，直到纖維向前到第一個輻射加熱通路為止，
34.如權(quán)利要求30-32中的任意一個設(shè)備其中用于控制上述變向輥速度的裝置是一個能聯(lián)結(jié)在每個輥上的液壓馬達(dá)/泵。
35.一種取向的熱塑性聚合物單絲，其旦尼爾約大于1000。在強度的標(biāo)準(zhǔn)偏差約小于0.25時，強度約大于1.5g/d，且模量約大于45g/d。
36.如權(quán)利要求35的單絲，其中上述熱塑性聚合物是聚酰胺。
37.如權(quán)利要求35的單絲，有一寬厚比大于2.0的橢圓形截面，寬度(用mm表示)約大于1.22(密度)
。
38.如權(quán)利要求36的單絲，在強度的標(biāo)準(zhǔn)偏差約小于0.15時，強度約大于8.0g/d。
39.如權(quán)利要求36的單絲，其中上述聚酰胺是聚六甲撐己二酰胺。
40.如權(quán)利要求35的單絲，韌度約大于0.5g-cm/旦尼爾-cm。
全文摘要
取向的熱塑性單絲，在強度標(biāo)準(zhǔn)偏差小于0.25時，強度約大于7.5g/d，還公開了制造這種單絲的方法和設(shè)備。
文檔編號D01D10/00GK1040230SQ89106710
公開日1990年3月7日 申請日期1989年7月15日 優(yōu)先權(quán)日1988年7月15日
發(fā)明者厄爾·布萊恩·阿當(dāng)斯, 羅伯特·基思·安德遜, 拉吉夫·庫馬·迪旺 申請人:納幕爾杜邦公司