專利名稱：生產(chǎn)高丹尼爾聚丙烯纖維和紗線的高速紡紗工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及容許更高效生產(chǎn)高丹尼爾聚丙烯纖維和紗線的改進(jìn)。通常，聚丙烯纖維和紗線限制了紡紗速度，因為這些材料在受到低至中的紡紗速度所具有的非常強的拉力作用時易于裂紋。當(dāng)要求進(jìn)行紡紗以適當(dāng)?shù)乩斐鲎阋杂糜谏a(chǎn)纖維和紗線的這樣的高丹尼爾纖維時，這種限制實際上阻礙了此纖維和紗線被廣泛應(yīng)用于各種不同的最終應(yīng)用場合。因而，已經(jīng)出乎意料地得出了這樣的結(jié)論可利用某些成核添加劑，將抗拉強度增加到隨后的高速紡紗過程所要求的水平，來生產(chǎn)這樣的高丹尼爾人造纖維和紗線。此外，將這些成核化合物添加到目標(biāo)高丹尼爾聚丙烯樹脂中，也可以得到低的收縮性和/或更好的彈性。
背景技術(shù)：
曾經(jīng)一直希望將高丹尼爾聚丙烯纖維應(yīng)用到從服裝到地毯背襯(以及地毯絨頭織物)、再到加強織品等等的各種不同產(chǎn)品上。聚丙烯纖維表現(xiàn)出極好的強度、非常理想的手感，并且在接觸到某些“破壞性”化學(xué)藥品時不容易被侵蝕或腐蝕。但是，即使其具有如此顯著而有益的性質(zhì)，并且有豐富的聚丙烯(其加工相對便宜，并且作為煉油廠副產(chǎn)品很容易獲得)，這種纖維仍沒有被廣泛地應(yīng)用于在使用、清潔等過程中接觸到較高的溫度的產(chǎn)品中。這是因為典型聚丙烯纖維表現(xiàn)出來的高度普遍的不均勻熱濕收縮性、彈性問題(例如在用作地毯表面的纖維時，這種紗線缺乏有效的抗壓性)，并且最重要的是，通常缺少獲得聚丙烯纖維和/或紗線的可靠而高速的紡紗加工工藝。盡管通常生產(chǎn)聚酯(如聚對苯二甲酸乙二醇酯、或PET)和聚酰胺(如尼龍)更為昂貴，但這樣的纖維不會表現(xiàn)出聚丙烯那樣的不能令人接受的高收縮性、不合乎要求的彈性和生產(chǎn)效率問題。這樣，有必要對這些問題提供一些補救措施，以使這種較低成本的聚合材料應(yīng)用于更多種類的最終應(yīng)用場合。迄今這種需要仍未達(dá)到。
這樣的問題很突出。例如這種聚丙烯纖維不具有熱穩(wěn)定性，當(dāng)處于標(biāo)準(zhǔn)溫度(例如150℃和130℃的溫度)下時，收縮范圍由大約5％(在沸水中)到大約7-8％(接觸熱氣時)，再到大約12-13％(接觸更高溫度的熱氣時)。這些高度變化的收縮率因此使得非常理想的聚丙烯纖維的應(yīng)用和加工性能很低，特別是對于需要熱穩(wěn)定性的最終應(yīng)用(例如衣服、地毯絨頭、地毯背襯、模制件，等等)。PET和尼龍的彈性與標(biāo)準(zhǔn)聚丙烯類型相比較也是很令人滿意的。同樣地，如上所述，更快速地生產(chǎn)纖維和/或紗線(即大于1000米/分鐘的速度)的高速紡紗基本不能用于容易發(fā)生斷裂的聚丙烯材料。這樣，就這種聚合材料的生產(chǎn)效率而言則有改進(jìn)的空間。遺憾的是，至今仍沒有簡單或是有效地解決此類問題的方法。

發(fā)明內(nèi)容
這樣，本發(fā)明的一個目標(biāo)是通過隨后允許考慮到纖維斷裂的非?？煽康母咚偌徏喬幚恚瑏硖峁└倪M(jìn)的生產(chǎn)聚丙烯纖維和/或紗線的加工效率。本發(fā)明的另一個目標(biāo)是提供一類在一定濃度范圍內(nèi)容許在高丹尼爾纖維加工方面提高此效率的添加劑。本發(fā)明的另一個目標(biāo)是提供一種用來生產(chǎn)含成核劑的聚丙烯纖維的特定方法，和標(biāo)準(zhǔn)聚丙烯纖維和/或紗線相比，該聚丙烯纖維表現(xiàn)出較低的收縮性和/或更好的彈性。此外，本發(fā)明的另一個目標(biāo)是提供能夠承受這種必需且理想的高速紡紗工藝的聚丙烯纖維和/或紗線。
因此，本發(fā)明包括生產(chǎn)每根絲丹尼爾數(shù)超過5，優(yōu)選至少為12的聚丙烯纖維的方法，其包含以下的連續(xù)步驟a)提供顆粒狀或液體形式的，按質(zhì)量計其內(nèi)含至少100ppm成核劑化合物的聚丙烯組合物；b)熔化和混合步驟“a”提供的所述聚丙烯組合物，以形成大體均質(zhì)的熔融塑料配制劑；c)擠壓所述塑料配制劑以形成纖維結(jié)構(gòu)；和d)以最小1000米/分鐘的速度紡制所述被擠出的纖維(可選地，將所述纖維置于至多為105℃的溫度下)。在本發(fā)明內(nèi)，同樣的基本方法以至少2000米/分鐘的紡紗速度被應(yīng)用于每根紗線至少1000丹尼爾的紗線加工。優(yōu)選地，步驟“b”在足以完全熔化所有聚合物組分(例如聚丙烯)，并也可能將包括成核劑在內(nèi)的剩余成分熔化的溫度下進(jìn)行(因為某些成核劑在這樣高的溫度下不融化，所以并不要求融化成核劑)。這樣，作為具體的例子，從大約175℃到大約300℃的溫度范圍適于實現(xiàn)此目的(優(yōu)選從大約190℃至275℃，最優(yōu)選的是從大約200℃至250℃)。擠壓步驟(“c”)應(yīng)該在將聚丙烯配制劑置于大約185℃到大約300℃的溫度下進(jìn)行，優(yōu)選大約195℃至大約275℃，而最優(yōu)選是大約200℃至大約250℃，這樣基本上足以完成液態(tài)聚合物的擠壓，而在此擠壓過程中不會使任何纖維本身發(fā)生斷裂。拉伸步驟可以在比標(biāo)準(zhǔn)聚丙烯(或其它聚合物)纖維拉伸過程所需的正常溫度低的溫度下進(jìn)行。這樣，如果接下來進(jìn)行低溫拉伸步驟，則此溫度應(yīng)該在大約105℃以下，更優(yōu)選在大約100℃以下，最優(yōu)選在大約90℃以下。當(dāng)然，如果接下來不進(jìn)行此冷拉伸步驟，則可以使用更高的溫度。在擠壓和拉伸后，最終需要熱定形溫度以將聚丙烯晶體結(jié)構(gòu)“鎖定”在適當(dāng)位置。此熱定形步驟通常持續(xù)不到一秒鐘，最多可能持續(xù)大約幾分鐘(即，從大約十分之一秒，優(yōu)選為大約二分之一秒，到大約3分鐘，優(yōu)選大于二分之一秒)。熱定形溫度必須高于拉伸溫度，并且必須至少達(dá)到110℃，更優(yōu)選地至少達(dá)到大約115℃，而最優(yōu)選地至少達(dá)到大約125℃。術(shù)語“紡紗”的含義包括任何數(shù)量的基本上包含對纖維施加拉伸力以便拉長所述聚合物的過程。此過程可以借助于任何數(shù)量的設(shè)備來完成，這些設(shè)備包括，但不限于導(dǎo)絲輪、壓送輥、蒸氣發(fā)生器、熱或冷氣體噴射器(空氣或蒸氣)，和其它類似的機械裝置。
這種纖維(或含有這種纖維的紗線)需要某些化合物的存在，這些化合物快速而有效地為目標(biāo)聚丙烯纖維提供剛性和/或抗拉強度，以使其達(dá)到迄今未曾達(dá)到的級別，尤其是允許高速度紡紗從而更高效生產(chǎn)纖維和/或紗線。通常，這些化合物包括在被置于足以熔化原始顆粒狀聚合物的熱量之后，并在熔融劑冷卻后任何使聚合物晶體在目標(biāo)聚丙烯內(nèi)成核的結(jié)構(gòu)。這些化合物在冷卻過程中必須在比沒有成核劑的目標(biāo)聚丙烯結(jié)晶所需溫度更高的溫度下使聚合物晶體成核。于是，成核化合物為聚丙烯晶體生長提供成核位置，而這些位置在纖維本身內(nèi)提供較厚的層，這些較厚的層顯著(無意與任何特定的科學(xué)理論結(jié)合)地增強了目標(biāo)纖維的抗拉強度，此強度達(dá)到這樣的程度，即可以容易地承受高速紡紗帶來的拉力。優(yōu)選的成核化合物包括二亞芐基山梨醇基化合物、以及次優(yōu)選的化合物，諸如苯甲酸鈉、某些磷酸鈉和鋰鹽(例如2，2’-亞甲基-雙(4，6-二叔丁基苯)磷酸鈉鹽，或被稱作NA-11和NA-21)。
與本發(fā)明的纖維和其制作方法有關(guān)的所有論及的收縮值對應(yīng)于每次大約5分鐘的測試(置于熱空氣和沸水中)次數(shù)。如上所述，本發(fā)明的纖維在大約150℃的熱空氣中的熱收縮至多為11％；優(yōu)選的是，此熱收縮至多為9％；更優(yōu)選的至多為8％；而最優(yōu)選的至多為7％。此外，本發(fā)明的纖維內(nèi)存在的成核劑數(shù)量至少為10ppm；優(yōu)選的，此數(shù)量至少為100ppm；最優(yōu)選的數(shù)量至少為1250ppm。此成核劑數(shù)量應(yīng)足以在纖維本身熱定形后提供所需的熱收縮率；然而，應(yīng)避免過量(例如大于約10,000ppm和低至6000ppm)，這主要是因為成本，還因為目標(biāo)纖維內(nèi)存在更多添加劑而可能帶來的加工問題。
也可采用通常用于聚丙烯材料的任何方式使目標(biāo)纖維和/或紗線變形。其中的一個實例為通過使用紡錘使纖維捻轉(zhuǎn)的假捻變形法，當(dāng)纖維處于扭曲狀態(tài)時，對其加熱，然后冷卻以將扭曲狀態(tài)的形變復(fù)原性給予單獨的纖維絲。紗線然后被退捻，但由于被賦予的形變復(fù)原性仍保持其膨松性。在另一種變形實施方式中，被稱為膨化變形長絲(BCF)的紗線借助噴氣器被推入進(jìn)填塞箱中，在其內(nèi)與其它纖維以非均勻的狀態(tài)堆積，進(jìn)而被加熱以保留這種非均勻狀態(tài)的形變復(fù)原性。此紗線隨后被冷卻，但由于被給予的形變復(fù)原性而又保持其膨松性。當(dāng)然，也可以使用諸如空氣變形法、齒輪變形法等其它的變形方法。含成核劑的聚丙烯聚合物保留這些變形技術(shù)給予其的形變復(fù)原性優(yōu)于不含成核劑的聚合物，這是因為含成核劑的聚丙烯在較高的溫度時經(jīng)歷的結(jié)晶速度被提高。
術(shù)語“聚丙烯”意在包括任何含有單獨存在的丙烯單體、或含有與其它隨機選取和定向的聚烯烴、二烯烴或其它單體(例如乙烯、丁烯等)混合或共聚的丙烯單體的聚合物組合物。此術(shù)語也包含其組成單體任何不同的結(jié)構(gòu)和排列(間規(guī)的、全規(guī)的，等等)。這樣，應(yīng)用于纖維的此術(shù)語意在包括拉制聚合物的實際長單絲(long strand)、扁絲、卷絲等等。聚丙烯可以是任何標(biāo)準(zhǔn)的溶體流動(通過測試)；但是，標(biāo)準(zhǔn)纖維級聚丙烯樹脂具有范圍在大約2到50之間的溶體流動指數(shù)。與標(biāo)準(zhǔn)的盤、容器、板等(諸如Hamada等人申請的美國專利No.4,016,118公開的)相反，纖維在結(jié)構(gòu)上明顯不同，因為它們必須表現(xiàn)出遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其橫截面積的長度(例如圓形纖維的直徑)。纖維是被擠壓和拉伸，而物件是利用吹塑成型或注塑成型，因此是兩種不同的生產(chǎn)方法。另外纖維內(nèi)聚丙烯的結(jié)晶形態(tài)與標(biāo)準(zhǔn)物品、盤、板等的結(jié)晶形態(tài)不同。例如，這種聚丙烯纖維的dpf至多約為5000；然而，這些其它物品的dpf卻非常大。聚丙烯質(zhì)物品通常表現(xiàn)出球粒狀晶體，而纖維則表現(xiàn)出拉長的、延展的晶體結(jié)構(gòu)。這樣，纖維和聚丙烯物品之間在結(jié)構(gòu)上有很大的不同，使得對于成核聚丙烯的球粒狀顆粒(晶體)所作的預(yù)測，并不能為確定作為聚丙烯纖維內(nèi)添加劑的這種成核劑的效果提供任何根據(jù)。
術(shù)語“晶核形成劑”、“成核化合物(多種)”、“成核劑”和“多種成核劑”意在概括地包含單獨的或組合的添加到聚丙烯內(nèi)為由熔融狀向冷卻的固體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的聚丙烯晶體產(chǎn)生成核位置的添加劑。因此，由于聚丙烯組合物(包括成核化合物)必須被熔化以最終擠壓為纖維本身，所以成核化合物將在熔融狀態(tài)聚丙烯冷卻的過程中提供成核位置。這些化合物提供必需的成核位置采用的唯一途徑是在聚丙烯本身重結(jié)晶前這些位置是否形成。這樣，任何表現(xiàn)出這種有益效果和性質(zhì)的化合物將被包括在此定義內(nèi)。更具體地，這樣的成核化合物包括二亞芐基山梨醇類，其包括但不限于二亞芐基山梨醇(DBS)、一甲基二亞芐基山梨醇(諸如1，32，4-雙(對甲基亞芐基)山梨醇(p-MDBS))、二甲基二亞芐基山梨醇(諸如1，32，4-雙(3，4-二甲基亞芐基)山梨醇(3，4-DMDBS))；此類型的其它化合物包括但不限于苯甲酸鈉、NA-11、NA-21等等。目標(biāo)聚丙烯纖維內(nèi)的此成核劑總體濃度至少為100ppm、優(yōu)選地至少為1250ppm。這樣，在大約100到大約5000ppm的范圍內(nèi)，優(yōu)選的由大約500ppm到大約4000ppm，更優(yōu)選地由大約1000ppm到大約3500ppm，仍為更優(yōu)選地由大約1500ppm到大約3000ppm，甚至更優(yōu)選的由大約2000ppm到大約3000ppm，和最優(yōu)選的由大約2500ppm到大約3000ppm。
另外，在沒有任何特定的科學(xué)理論限制的條件下，似乎所需性能最好的成核劑是那些在丙烯本身內(nèi)表現(xiàn)相對高的溶解度的成核劑。因此，諸如1，32，4-雙(對甲基亞芐基)山梨醇的容易溶解的化合物為所需的聚丙烯纖維提供最低的收縮率。因為DBS衍生物化合物產(chǎn)生低結(jié)晶大小，所以這種化合物被認(rèn)為是本發(fā)明中最好的抗收縮成核劑。其它成核劑，例如NA-11和NA-21在承受高速紡紗拉力方面也給予目標(biāo)聚丙烯纖維令人滿意的性質(zhì)。然而很明顯，因為NA-11在聚丙烯中較差的分散性和在纖維本身內(nèi)NA-11大而變化的晶體尺寸，此纖維強度明顯低于由很好分散的MDBS(或優(yōu)選為3，4-DMDBS)產(chǎn)生的高溶解、低結(jié)晶尺寸的聚丙烯獲得的纖維強度。
已經(jīng)確定，在熔融的目標(biāo)聚丙烯樹脂(因此在纖維生產(chǎn)過程中的這一階段實處于液態(tài))中表現(xiàn)出良好溶解性的成核化合物可以提供更有效的抗拉強度(用以承受高速紡紗的拉力水平)、彈性及低收縮性。這樣，取代的DBS化合物(包括DBS、p-MDBS及優(yōu)選的3，4-DMDBS)會產(chǎn)生較少的加工問題，并且制得的聚丙烯纖維本身可提供較低的收縮性。盡管對于這種高丹尼爾的纖維優(yōu)選使用3，4-DMDBS，但是在本發(fā)明中可以使用上述任何成核劑。為提供這樣的紡紗效率、彈性參數(shù)和低收縮性，并改進(jìn)可能的感官性能、簡化過程，或降低成本，也可以使用這些成核劑的混合物。
除了上述的那些化合物外，苯甲酸鈉和NA-11是人所熟知的用于標(biāo)準(zhǔn)聚丙烯組合物(諸如上述盤、容器、薄膜、板等等)的成核劑，其表現(xiàn)出適合于上述目的的極好的重結(jié)晶溫度和很快的注模循環(huán)次數(shù)。二亞芐基山梨醇型也表現(xiàn)出同類性質(zhì)，并在這樣的標(biāo)準(zhǔn)聚丙烯形式(如盤、片等等)中表現(xiàn)出極好的透明度。為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)作為目標(biāo)聚丙烯纖維內(nèi)的成核劑，二亞芐基山梨醇型是優(yōu)選的。
最接近的現(xiàn)有技術(shù)資料公開了在普通聚丙烯組合物中添加成核劑化合物(例如美國專利No.4,016,118，其在上文中被引用)。然而，其公開內(nèi)容包括將某些DBS化合物使用在具有多組分聚丙烯織物結(jié)構(gòu)中的纖維的限定部分內(nèi)。例如Connor等人的5,798,167號美國專利和Pike的5,811,045號美國專利都公開了將DBS化合物添加到纖維狀聚丙烯中。但是，這些公開和本發(fā)明之間有極其重要的區(qū)別。例如，兩個專利都需要上述多組分纖維結(jié)構(gòu)。因此，即使每種纖維型的一些聚丙烯纖維組分內(nèi)含有DBS化合物，但是每種纖維的收縮率仍由沒有獲得成核劑益處的另一些聚丙烯纖維組分所控制。另外，在公開的聚丙烯纖維中沒有形成可提供所需高抗拉強度的較厚層。更重要的事實是，例如，Connor等人需要在不含成核添加劑的聚丙烯內(nèi)織物層周圍設(shè)置一種含有DBS添加劑的非織造聚丙烯織物薄層。該聚丙烯內(nèi)層在沒有成核添加劑幫助的情況下控制了此結(jié)構(gòu)的收縮率。另外，上述專利權(quán)所有人根本沒有論及加工任何高丹尼爾纖維的任何高速紡紗的可能性，也沒對包括拉伸、熱定形或變形步驟在內(nèi)的任何內(nèi)容進(jìn)行討論。
另外，Spruiell等人在Journal of Applied Polymer Science(應(yīng)用高分子學(xué)學(xué)報)(1996年)，第62卷，1965-75頁中發(fā)表的文章公開了在紡紗過程中，使用0.1％的MDBS成核劑來增加成核率。但是，在將纖維結(jié)晶后，Spruiell等人沒有使成核纖維受熱(而這種熱處理對給予最好的收縮性是必需的)，因此，他們得到的纖維的收縮性與不含成核劑添加劑的傳統(tǒng)聚丙烯纖維的收縮性相近。另外，有關(guān)增加抗拉強度的說明根本沒有討論，更不用說在其加工過程中需要達(dá)到什么級別才能承受高速紡紗拉力以防止這種纖維發(fā)生斷裂。
另外，這種纖維也可被著色以便為最終用戶提供其它美學(xué)特征。這樣，此纖維也可含有例如顏料的著色劑，出于耐光牢度的目的，還可具有固色劑。因此原因，需要使用不會給予目標(biāo)纖維可見色或顏色的成核劑。也可以具有其它添加劑，其包括抗靜電劑、增白化合物、澄清劑、抗氧化劑、抗菌劑(優(yōu)選的為銀基離子交換化合物，諸如由Milliken&Company提供的ALPHASANW抗菌劑)、UV穩(wěn)定劑、填充劑，等等。另外，由本發(fā)明的纖維制得的任何織物可以是機織的、編織的、非織造的、嵌花網(wǎng)眼織布，以及其任意組合，等等。除此之外，這種織物可以包括本發(fā)明聚丙烯纖維以外的纖維，其它的纖維可包括，但不限于天然纖維，例如棉花、羊毛、蕉麻、大麻、苧麻等等；人造纖維，例如聚酯、聚酰胺、芳香族聚酰胺、其它聚烯烴(包括非低收縮聚丙烯)、聚乳酸等等；無機纖維，例如玻璃、含硼纖維等等；以及上述纖維之間的任意混合體。


包含于本說明書內(nèi)并構(gòu)成其一部分的

了生產(chǎn)本發(fā)明低收縮聚丙烯纖維的可能優(yōu)選實施方式，并和說明書一起解釋本發(fā)明的原理，其中圖1為通過高速紡紗機械生產(chǎn)高丹尼爾聚丙烯纖維的可能優(yōu)選方法的示意圖。
具體實施例方式
圖1示意出生產(chǎn)本發(fā)明的高丹尼爾聚丙烯纖維所采用的非限定性的優(yōu)選過程。整個纖維生產(chǎn)裝置10包括帶有計量泵(圖中未給出，其用來將特定數(shù)量的聚合物輸進(jìn)擠壓機11中)的擠壓機11(控制最終目標(biāo)加工纖維和/或紗線的丹尼爾數(shù))，此擠壓機還包括五個不同的區(qū)12、14、16、18和20，聚合物(圖中未給出)以不同而逐漸升高的溫度穿過這五個區(qū)。熔融的聚合物在混合區(qū)22內(nèi)與成核劑化合物(也是熔融狀態(tài)的)混合?；旧希酆衔?圖中未示出)被輸進(jìn)纖維生產(chǎn)裝置10內(nèi)，具體地是進(jìn)入到擠壓機11內(nèi)。如上所述的各個擠壓區(qū)12、14、16、18和20以及混合區(qū)22的溫度如下第一擠壓區(qū)12的溫度為205℃、第二擠壓區(qū)14的溫度為215℃、第三擠壓區(qū)16的溫度為225℃、第四擠壓區(qū)18的溫度為235℃、第五擠壓區(qū)20的溫度為240℃，而混合區(qū)的溫度為245℃。熔融的聚合物(圖中未示出)隨后進(jìn)入到溫度設(shè)定在250℃、進(jìn)行絲線擠出的噴絲區(qū)24內(nèi)。纖維絲線28然后穿過吹氣處理區(qū)26，隨后通過處理區(qū)29(在此處對絲線28施加潤滑劑，例如水或油)。隨后借助于收料輥32將絲線28匯集為線卷30而形成復(fù)絲33，在拉伸前此復(fù)絲經(jīng)過一系列張緊輥34、36。絲線33隨后經(jīng)過一個系列的兩套不同的拉伸輥38、40、42、44，與最初被擠壓的絲線28的速度相比較，這些輥增大了被收集制得的絲線33的速度。因為牽引速度超出擠壓機11內(nèi)的最初擠壓速度，所以制得的絲線33被伸長。絲線33隨后穿過一系列松弛輥46和48，最后到達(dá)絡(luò)絲機50以便最終匯集到繞線軸(圖中未示出)上。考慮到在允許高速加工和紡紗(拉伸)時實現(xiàn)在此過程中最少的目標(biāo)纖維斷裂(如果會發(fā)生斷裂時)，絡(luò)絲機50的速度最終決定整個設(shè)備的速度和效率。與其余高溫接觸區(qū)以及纖維拉伸過程相比較，拉伸輥被加熱到如下的較低溫度第一套拉伸輥38和40為68℃，第二套拉伸輥42和44為88℃。拉伸輥38、40、42、44可分別獨立旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速為從大約每分鐘1000米直至高達(dá)大約每分5000米。第二拉伸輥42和44通常以大于第一套拉伸輥的速度旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)速度比第一套拉伸輥的旋轉(zhuǎn)速度高每分鐘約800米到1000米。
本發(fā)明的纖維和紗線的生產(chǎn)下面的非限定性具體實施例描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式通過將Basell PDC 1302均聚物丙烯樹脂與成核添加劑和1000ppm的硬脂酸鈣混合，并將其通過48纖維噴絲頭(適合于48復(fù)絲生產(chǎn))來制得紗線?；煳镆?500ppm濃度在雙螺桿擠壓機(其內(nèi)所有區(qū)都處于220℃溫度下)內(nèi)混合，制成顆粒狀。添加劑是從包括三種聚丙烯澄清劑的組中選取，這些澄清劑可由Milliken&Company、Millad3940(p-MDBS山梨醇)和Millad(M 3988(3，4-DMDBS)公司而獲得。
顆粒隨后通過計量泵被輸送進(jìn)擠壓機中，以控制進(jìn)料量，從而最終控制如圖1所示的Barmag纖維擠壓線上制得的纖維和/或紗線的丹尼爾數(shù)。利用不含有成核添加劑的顆粒制得控制纖維。測量此高速紡紗和卷繞過程中卷繞和紡紗的速度，以及高丹尼爾纖維的斷裂率以確定該高丹尼爾聚丙烯纖維和/或紗線是否可以由此被正確地生產(chǎn)(即沒有明顯的斷裂率)。
紡紗速度和斷裂率基本的實驗用纖維加工設(shè)備還包括在正位于擠壓機前的紗線路徑上放置的斷裂長絲檢測器。這樣確定兩個系列的拉伸輥的最大輥速，即逐漸增加速度，直到達(dá)到當(dāng)輥速發(fā)生較小改變時長絲斷裂頻率顯著增大時的速度為止。松馳輥速度和絡(luò)絲機速度是通過調(diào)整速度以達(dá)到20-30克力的松馳和卷繞拉力而確定。采用這種方式，確定最大卷繞速度，以生產(chǎn)在450-1450米/分鐘紡紗速度范圍下的最大丹尼爾的優(yōu)良紗線。將結(jié)果制成表如下
表1纖維樣品

這些結(jié)果是基于每五分鐘卷繞時間內(nèi)測得的纖維內(nèi)至多有20起毛的高速紡制纖維斷裂率(其在下文中被稱作“無明顯斷裂”)。這些結(jié)果表明控制纖維可達(dá)到的丹尼爾級別明顯地低于所需要的級別。另外，在較高紡紗速度下本發(fā)明的纖維(4-9)提供明顯更高的丹尼爾數(shù)，這樣，和之前相比，可以更快速度生產(chǎn)更高丹尼爾的纖維。結(jié)果，可提高與控制纖維類似的低丹尼爾級別的加工效率，而且現(xiàn)在可以獲得更為有效地生產(chǎn)高丹尼爾纖維的可能性。這兩個結(jié)果都是很意料之外的。
當(dāng)然，本發(fā)明還有許多替代實施方式和改進(jìn)，它們都將被包括在如下權(quán)利要求的主旨和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種含有至少100ppm成核劑且表現(xiàn)出至少5dpf丹尼爾的聚丙烯纖維，其中，所述纖維在加工過程中表現(xiàn)出無明顯斷裂，并且其中所述加工過程包括將所述纖維置于1000米/分鐘以上的紡紗速度下。
2.一種含有至少100ppm成核劑且表現(xiàn)出每根紗線至少1000丹尼爾的聚丙烯紗線，其中，所述紗線纖維在加工過程中表現(xiàn)出無明顯斷裂，并且其中所述加工過程包括將所述纖維置于1000米/分鐘以上的紡絲速度下。
3.一種生產(chǎn)表現(xiàn)出每根長絲丹尼爾數(shù)超過5的聚丙烯纖維的方法，其包括以下連續(xù)步驟a)提供顆粒狀或液體形式的、按重量計其內(nèi)含至少100ppm成核劑化合物的聚丙烯組合物；b)熔化和混合步驟“a”提供的所述聚丙烯組合物以形成大體均質(zhì)的熔融塑料配制劑；c)擠壓所述塑料配制劑以形成纖維結(jié)構(gòu)；和d)以最小1000米/分鐘的速度紡制所述被擠壓纖維(可選地，將所述纖維置于至多為105℃的溫度下)。
4.一種生產(chǎn)表現(xiàn)出每根紗線丹尼爾數(shù)至多為10的聚丙烯紗線的方法，其包括以下連續(xù)步驟a)提供顆粒狀或液體形式的、按重量計其內(nèi)含至少100ppm成核劑化合物的聚丙烯組合物；b)熔化和混合步驟“a”提供的所述聚丙烯組合物以形成大體均質(zhì)的熔融塑料配制劑；c)擠壓所述塑料配制劑以形成纖維結(jié)構(gòu)；和d)以最小1000米/分鐘的速度紡制所述被擠壓纖維(可選地，將所述纖維置于至多為105℃的溫度下)。
全文摘要
提供了可更高效生產(chǎn)高丹尼爾聚丙烯纖維和紗線的改進(jìn)。通常，聚丙烯纖維和紗線限制了紡紗速度，因為這些材料在受到低至中的紡紗速度所帶來的非常強的拉力作用時易于斷裂。當(dāng)需要進(jìn)行紡紗來適當(dāng)拉伸出足以用于生產(chǎn)纖維和紗線的高丹尼爾纖維時，這種限制實際上防礙了此纖維和紗線廣泛用于各種不同的最終應(yīng)用場合。因而，已經(jīng)出人意料地得出這樣的結(jié)論可利用某些成核添加劑，將抗拉強度增加到隨后的高速紡紗過程所要求的水平，來生產(chǎn)這樣的高丹尼爾人造纖維和紗線。此外，將這些成核化合物添加到目標(biāo)高丹尼爾聚丙烯樹脂中，也可以得到低的收縮性和/或更好的彈性。
文檔編號C08K5/05GK1738932SQ200380108697
公開日2006年2月22日 申請日期2003年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月17日
發(fā)明者M·E·卡文, B·G·馬文 申請人:美利肯公司