CN100339524C - 耐热卷曲变形纱的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制造卷曲变形纱的方法，包括将耐热高功能纤维的纱加捻；然后通过热处理将加捻纱定捻；和将定捻的纱解捻，其中定捻的纱的卷曲值不超过6.5；并提供了一种制造耐热卷曲变形纱的方法，该方法在生产率、必要设备和生产成本方面是实用的。

Description

耐热卷曲变形纱的制造方法
技术领域
本发明涉及含有耐热高功能纤维如芳族聚酰胺等的耐热卷曲变形纱的制造方法。更详细地说，本发明涉及具有良好的拉伸伸长率和良好外观、能够赋予机织物或针织物弹性和膨松性的耐热卷曲变形纱的制造方法。具体来说，本发明涉及一种方法，包括热定形耐热高功能纤维的加捻纱以制造卷曲值(snarl value)不超过6.5的热定形纱，以及解捻该热定形纱。
本发明还涉及一种用于以工业规模制造耐热卷曲变形纱的方法，其特征在于，上述的特定加捻过程后，优选在减压下进行高温高压水蒸汽处理或高温高压水处理。
另外，本发明涉及适于以工业规模制造由纤维如芳族聚酰胺纤维等制成的耐热卷曲变形纱的筒管。
背景技术
普通的热塑性合成纤维如尼龙或聚酯纤维在约250℃左右熔融。但是，耐热高功能纤维如芳族聚酰胺纤维、全芳香族聚酯纤维和聚对苯撑苯并二唑纤维在250℃左右不熔融，这些纤维的分解温度为约500℃左右。非耐热普通纤维如尼龙或聚酯纤维的限氧指数(limitedoxygen index)为约20左右，并且这些纤维在空气中燃烧良好。但是，耐热高功能纤维如上述那些的限氧指数为至少约25，并且这些纤维当与火焰热源靠近时可以在空气中燃烧，但是如果离开火焰时不能持续燃烧。这样，耐热高功能性能具有优良的耐热和阻燃性。例如，作为一种耐热高功能纤维，芳族聚酰胺纤维对在受到火焰和高温的高危险场合使用的衣物如消防服、赛手服、钢铁工人服、焊工服等是有利的材料。尤其是具有耐热性和高韧性优点的对位芳族聚酰胺在运动服、工作服和其他需要具有高撕裂强度和耐热的服装中大量使用。另外，用刃具难以将其切断，因此该纤维也在作业用的手套中使用。另一方面，间位芳族聚酰胺纤维不仅耐热，而且具有良好的耐候性和耐化学品性，并且用于消防服、绝热过滤器和电绝缘材料等。
迄今为止，当耐热高功能纤维制成织物如服装时，仅仅是使用这种纤维的非卷曲长丝纱或短纤纱形式。但是，当将这样的非卷曲长丝纱或短纤纱机织或针织成织物，并用织物制成诸如消防服、赛手服和工作服的服装时，所得到的服装弹性很差，因为纱线本身是没有弹性的。因此，当服装被穿着时，它们不适合运动和作业活动。特别是由非卷曲长丝纱和短纤纱制成的作业用手套不适合用在处理精密部件的飞行器工业领域和情报机工业领域，因为它们不适合运动和作业活动。在那些工业领域中使用上述的手套经常造成生产率低。因此，希望对耐热纤维制品的诸如在作业活动中穿着感觉不舒服的缺点进行改进。
通过使用热定形，很容易从诸如尼龙或聚酯纤维的普通热塑性合成纤维制成高度卷曲的长丝纱。例如，已知一种用于卷曲的假捻法，其中对热塑性合成纤维加捻，热定形，然后冷却。还已知一种用于卷曲的填塞箱法(stuffing box method)，其中将热塑性合成纤维强行塞入矩形空间中，然后热定形。
另一方面，在与上述的假捻法或填塞箱法中相同的工艺条件和过程下，不可能或难以制作耐热高功能纤维的卷曲长丝纱，因为耐热高功能纤维是非热塑性的，因此热定形性差。适于耐热高功能纤维的卷曲方法还没有建立，因此耐热高功能纤维仅仅是以非卷曲连续长丝纱或短纤纱的形式使用。
但是，关于耐热高功能卷曲变形纱和卷曲耐热高功能纤维的方法的研究和提议很多。具体地，通过选择纺纱条件，不使用特殊的卷曲方法和装置从耐热纤维如全芳香族聚酰胺纤维制作耐热卷曲纤维的方法(日本专利公开19818/1973)；将诸如对位全芳香族聚酰胺等的光学各向异性纺丝液进行干喷湿法纺丝法后，室温下在填塞箱中进行卷曲，然后以松弛状态干燥的非加热填塞箱法(日本专利公开114923/1978)；将诸如对位芳族聚酰胺纤维的高弹性纤维与低弹性纤维混合，进行卷曲的填塞箱法(日本专利公开192839/1989)；通过将由芳族聚酰胺与硫酸构成的光学各向异性纺丝液在特定条件下进行湿-干式纺丝制作芳族聚酰胺自卷曲长丝纱的方法(日本专利公开27117/1991)；还已知在不低于芳族聚酰胺纤维开始分解的温度、但低于纤维的分解点的温度下(对于间位芳族聚酰胺纤维，该温度为390℃或更高，但低于460℃)，通过非接触式加热器假捻和卷曲芳族聚酰胺纤维，然后进行松弛热处理的连续处理方法(日本专利公开280120/1994)。但是，所有的已知方法仍不能解决如何实现过程控制容易性、简化生产线、高生产率和降低成本这些突出的技术问题。因此，现状是在制造过程中的品质劣化尽可能地减少、并且在工业上成功地制作出了具有良好的拉伸伸长率的耐热卷曲变形纱的方法还没有。
发明的公开
鉴于上述的相关技术的问题，本发明的一个目的是提供一种制造含有耐热高功能纤维的卷曲变形纱的方法，从生产率、生产设备和生产成本等方面考虑，该方法具有实用性。本发明的另一个目的是提供弹性拉伸模量、耐热性、韧性和外观优良，热处理时纤维的品质劣化尽可能地减少的卷曲变形纱。
本发明的部分发明者曾提供了一种制造耐热卷曲变形纱的方法，该方法包括：将耐热高功能纤维如芳族聚酰胺等加捻，进行高温高压水蒸汽或高温高压水处理(以下总称为高温高压水蒸汽处理)，然后解捻(日本专利公开361825/1999)。
我们，即本发明者为达到上述的目的进行了刻苦研究，结果发现，在包括耐热高功能纤维加捻、热定形加捻的纱，然后对热定形的纱解捻的耐热卷曲变形纱制造方法中，当热定形纱的卷曲值不超过6.5时，产品的捻固定得很好。我们还发现，通过上述方法制造的耐热卷曲变形纱的拉伸伸长率足以提供有弹性的机织物或针织物，并且可以使用所述的织物获得拉伸伸长率良好、耐热性优良、高韧性和良好外观的理想服装(例如，消防服、赛手服、钢铁工人服、焊工服等)。
本发明者为改进上述方法从而以工业规模制造耐热卷曲变形纱，进一步进行了研究。
具体地，在通过包括高温高压水蒸汽处理的方法以工业规模制造耐热卷曲变形纱时，存在通过高温高压水蒸气进行的热定形在筒管及其内部间不均匀的问题。即，在以工业规模制造耐热卷曲变形纱时，为更有效、更便宜地制造产品，优选通过增加筒管周围的纱层厚度，通过一次高温高压水蒸汽处理能处理尽可能多的纱线。但是，此时筒子纱(yarn cheese)或玉米状筒子纱(yarn corn)内部没有供给高温高压水蒸汽或高温高压水(以下仅称为“高温高压水蒸汽”)，并且筒子纱或玉米状筒子纱的内部纱(卷绕在靠近圆筒的部分上的纱)没有充分热定形。另一方面，当高温高压水蒸汽充分透入筒子纱或玉米状筒子纱的内部区(以下称为内部)并且通过延长处理时间使内部充分热定形时，筒子纱或玉米状筒子纱的表面纱(卷绕在远离圆筒的部分上的纱)因热发生劣化。
为改善上面的问题我们也进行了刻苦的研究，结果发现，通过在进行高温高压水蒸汽处理前对蒸压釜减压，可以改善表面和内部间通过高温高压水蒸汽进行的热定形的均匀性。我们还意外发现，通过使用所述的方法，可以缩短高温高压水蒸汽处理所需的时间。通过使用所述的方法不仅可改善该制造方法的效率，而且可防止高温高压水蒸汽处理引起的纱品质劣化。
为解决与工业规模相伴的上述问题我们进行了刻苦的研究，结果发现，通过在筒管的圆筒表面和/或凸缘设置孔径约2-9mm的大量小通孔，可以向内部有效供给高温高压水蒸汽，并可以改善表面和内部间热定形的均匀性。特别地我们发现，上述孔径范围是优选的，原因在于通孔太小时，不能充分供给高温高压水蒸汽并且通孔有可能被阻塞，而通孔太大时，发现在耐热卷曲变形纱上留有痕迹。
对于孔面积率我们也进行了刻苦的研究，结果发现，孔面积率优选在约1-20％左右的范围内。
通过进一步研究，我们，即本发明者完成了本发明。
具体地，本发明涉及以下各项：
(1)一种制造耐热卷曲变形纱的方法，包括将耐热高功能纤维的纱加捻；通过热处理对加捻纱进行定捻；和对定捻的纱解捻，其中定捻的纱的卷曲值不超过6.5；
(2)如上述(1)所述的制造耐热卷曲变形纱的方法，其中耐热卷曲变形纱的拉伸伸长率不小于6％；
(3)如上述(1)或(2)所述的制造耐热卷曲变形纱的方法，其中对加捻纱施加的热处理是通过将加捻纱与高温高压水蒸汽或高温高压水接触来进行的；
(4)如上述(3)所述的制造耐热卷曲变形纱的方法，其中用高温高压水蒸汽或高温高压水对加捻纱进行的处理在130-250℃范围的温度下进行；
(5)如上述(3)或(4)所述的制造耐热卷曲变形纱的方法，其包括通过将耐热高功能纤维的加捻纱卷绕在筒管上制作筒子纱或玉米状筒子纱；将筒子纱或玉米状筒子纱装填到蒸压釜中；降低蒸压釜的压力；通过将加捻纱与高温高压水蒸汽或高温高压水接触而将所述的筒子纱或玉米状筒子纱的加捻纱定捻；和对定捻的纱解捻；
(6)如上述(5)所述的制造耐热卷曲变形纱的方法，其中蒸压釜中减压后的压力为5.0×103-5.0×104Pa；
(7)如上述(5)或(6)所述的制造耐热卷曲变形纱的方法，其中用高温高压水蒸汽或高温高压水对加捻纱的处理进行0.5-100分钟；
(8)如上述(5)至(7)所述的制造耐热卷曲变形纱的方法，其中筒子纱或玉米状筒子纱的纱层厚度不小于15mm，卷绕密度不小于0.5g/cm3；
(9)如上述(1)至(8)所述的制造耐热卷曲变形纱的方法，其中耐热高功能纤维被加捻到由下式表示的捻参数K值为5,000-11,000：
K＝t×D1/2
式中t表示纤维的捻数(转数/m)；D表示其细度(tex)；
(10)如上述(1)至(9)所述的制造耐热卷曲变形纱的方法，其中耐热高功能纤维选自对位芳族聚酰胺纤维、间位芳族聚酰胺纤维、全芳香族聚酯纤维和聚对苯撑苯并二唑纤维；
(11)如上述(10)所述的制造耐热卷曲变形纱的方法，其中对位芳族聚酰胺纤维是聚对苯撑对苯二甲酰胺纤维；
(12)由上述(1)至(11)的任一项所述的方法制造的耐热卷曲变形纱；由所述的耐热卷曲变形纱制成的织物；和由所述的织物制成的服装；
(13)一种处理筒子纱或玉米状筒子纱的方法，包括通过将耐热高功能纤维的加捻纱卷绕到筒管上制作筒子纱或玉米状筒子纱的步骤；将筒子纱或玉米状筒子纱装填到蒸压釜中的步骤；将装填了筒子纱或玉米状筒子纱的蒸压釜内的压力减至5.0×103-5.0×104Pa的步骤；和通过向所述的蒸压釜内供给高温高压水蒸汽或高温高压水将蒸压釜内的温度升至130-250℃的步骤；
(14)一种耐热筒管，在其圆筒的表面和/或凸缘上具有大量小通孔，其中小通孔的孔径为2-9mm，孔面积率为1-20％；
(15)如上述(1)至(11)所述的制造耐热卷曲变形纱的方法，其中通过热处理进行的定捻是使用通过将耐热高功能纤维的加捻纱卷绕到上述(14)所述的耐热筒管上制作的筒子纱或玉米状筒子纱进行的；
(16)如上述(13)所述的处理筒子纱或玉米状筒子纱的方法，其中筒管是如上述(14)所述的耐热筒管；
(17)一种用于制造耐热高功能纤维的耐热卷曲变形纱的装置，其包括用于密封蒸压釜内的密封装置；将蒸压釜内的压力减至5.0×103-5.0×104Pa的减压装置；用于向蒸压釜内供给高温高压水蒸汽或高温高压水的供给装置；用于控制高温高压水蒸汽或高温高压水的温度以保持130-250℃ 0.5-100分钟的控制装置；排出蒸压釜内的水的排水装置和将高压减至大气压的排气装置。
附图的简要说明
图1表示测定热定形纱卷曲值的试验器的构造。图1中，符号1表示挂钩A，符号2表示挂钩C，符号3表示针B，符号4表示负荷，符号5-a表示挂在挂钩A、针B和挂钩C上的纱，符号5-b表示从针B拿掉的纱，符号6表示刻度板。
图2表示本发明的筒管，其上带有小通孔。图2中，符号11表示本发明的筒管，符号12表示圆筒，符号13表示凸缘，符号14表示小通孔。
图3表示进行高温高压水蒸汽处理时使用的蒸压釜的示意图。
实施本发明的最佳方式
更具体地说，首先将耐热高功能长丝纱进行第1次加捻(此为初次加捻步骤，其中沿方向S或Z将纱加捻)；然后卷绕到铝制等的耐热筒管上；和热定形定捻，优选用高温高压水蒸汽或高温高压水处理预定的时间。接下来，通过沿与初次加捻相反的方向(即，沿方向Z或S)二次加捻将热定形纱解捻，得到耐热卷曲变形纱。
在本发明方法中，初次加捻步骤后，由纤维制成的单纤维变形为具有螺旋状的复杂形状，并且通过热处理，优选用高温高压水蒸汽或高温高压水处理将其形状固定。然后，通过沿相反方向加捻而解捻的单纤维保持对其初次加捻步骤中得到的形状的记忆，从初次加捻力释放并试图随机形成其自己的形状，结果由单纤维制成的纤维变成卷曲的形式。
优选用于本发明的耐热高功能纤维的限氧指数不低于约25，以及差式扫描量热法测定的热分解点不低于约400℃。纤维的实例有芳族聚酰胺纤维、全芳香族纤维(例如，Kuraray制、商品名Vectran)、聚对苯撑苯并二唑纤维(例如，Toyobo制、商品名Zylon)、聚苯并咪唑纤维等。芳族聚酰胺纤维包括间位芳族聚酰胺纤维和对位芳族聚酰胺纤维。间位芳族聚酰胺纤维的实例有间位全芳香族聚酰胺纤维如聚间苯撑间苯二甲酰胺纤维(例如DuPont制、商品名Nomex)等。对位芳族聚酰胺纤维的实例有对位全芳香族聚酰胺纤维如聚对苯撑对苯二甲酰胺纤维(例如，Toray-DuPont制、商品名Kevlar)、对苯撑-3，4’-二苯醚-对苯二甲酰胺共聚纤维(例如，Teijin制、商品名Technora)等。
甚至更优选的是对位芳族聚酰胺纤维，特别是聚对苯撑对苯二甲酰胺纤维。也更优选间位芳族聚酰胺纤维。
在本发明的用于制造耐热卷曲变形纱的方法中，由耐热高功能纤维构成的纱首先在初次加捻步骤中被加捻。
所述的由耐热高功能纤维构成的纱可以是以长丝纱或短纤纱的任意形式。所述的纱可以是两种或更多种不同的所述纤维的混纺纱(co-spun yarn)或合捻纱(co-twisted yarn)的形式。所述的纤维可以是耐热高功能纤维与其他已知纤维如优选的聚酯纤维或尼龙纤维的混纺纱或合捻纱。此时，优选耐热高功能纤维对其他纤维的重量百分比不低于约50重量％。
构成耐热高功能纤维的细丝优选由极小直径的单纤维构成。例如，更优选总细度为约22.4-44.4tex(特)，单纤维的细度为0.17tex，单纤维的数目为131-262的纱。
用于本发明的耐热高功能纱的单纤维细度为约0.02-1.0tex左右，但优选为约0.05-0.5tex左右。单纤维越细，纱越软。因此细的单纤维对于服装是优选的，但另一方面，在制造耐热卷曲变形纱的过程中，单纤维越细，耐热卷曲变形纱起毛越多也越难以加工。因此在本发明中，如上所述，优选单纤维的细度不低于0.02tex。单纤维越粗，越难用刀具将其切断，粗的单纤维对于防护服的用途如作业手套是优选的。但是另一方面，单纤维越粗刚性越高，因此使用粗单纤维时最终制品如服装所必需的柔软度降低。因此，在本发明中，如上所述，优选单纤维的细度不超过1.0tex。由所述的单纤维制成的用在本发明的纱的总细度没有特别的限定，只要纱的细度好至满足加捻和解捻的程度即可。但是，纱的总细度优选为约5-400tex左右，因为这样的纱易于加工。
在加捻步骤，优选纱被加捻至由式K＝t×D1/2(式中t表示纤维的捻数(转数/m)，D表示其细度(tex))表示的捻参数K为约5,000-11,000左右，更优选约6,000-9,000左右。希望纱被加捻至上面限定的这样的合适程度，从而纱被适当卷曲至实用的程度，并且纱的单纤维不会由于过度加捻而被切断。捻参数K是表示纤维的加捻程度的指标，与纤维的粗度无关。捻参数值越大，捻度越高。
作为对纱加捻的方法，可以使用任何公知的方法。例如，可以使用任何公知的捻丝机如环锭捻丝机、倍捻机、意式捻丝机等。
加捻既可以是Z方向也可以是S方向。
上面得到的加捻纱卷绕在由耐热材料如铝等制成的筒管上。这里所称的筒管通常是一种纱被卷绕上去的普通筒形绕芯。这里所称的筒子纱是指卷绕到筒管上的纱。特别地，当筒管两端的直径不同，卷绕的纱的形状象玉米时，将其称为玉米或玉米状筒子纱。加捻丝卷绕到耐热筒管上时，不必将其重绕。
优选这里使用的筒管由耐热材料制成，因为筒管要受到热处理。在这里可使用任何公知的耐热材料包括铝等，优选在本发明中使用铝制筒管。
也优选用于本发明的筒管被加工成具有许多小通孔，以使得用高温高压水蒸汽处理时，高温高压水蒸汽可以容易地通过。更优选所述的筒管具有许多均匀设置的小通孔以满足上述的目的。所述的筒管可以在其整个表面上即在圆筒的表面和凸缘上具有许多小通孔，或仅在圆筒的表面或凸缘具有。更优选所述的筒管在圆筒的表面上具有许多小通孔。
小通孔的形状没有特别限定，但优选圆形。
小通孔的孔径优选为约2-9mm左右，更优选约3-5mm左右。所述的孔径优选在所述的范围内，以向筒子纱或玉米状筒子纱的内部供给高温高压水蒸汽以及不阻塞这许多通孔，并且不在纱上留下痕迹。
这里，所述的孔径指孔的最长部分的宽度。例如，如果通孔为圆形，所述的孔径指直径。如果通孔为多边形，所述的孔径指最长的对角线。如果通孔为椭圆形，所述的孔径指长轴。
在许多小通孔中，相对于筒管的整个表面，孔面积率优选为约1-20％左右，更优选约1.5-10％左右。所述的孔面积率优选在所述的范围内，以向筒子纱或玉米状筒子纱内部有效供给高温高压水蒸汽。
这里，所述的孔面积率是指许多小通孔的总面积与筒管表面积的比。更具体地，所述的孔面积率由下式计算。
孔面积率(％)＝{小通孔的总面积/(圆筒表面积+凸缘表面积×2)}×100
通过将加捻纱卷绕到筒管上形成的筒子纱或玉米状筒子纱的厚度不小于约15mm；其卷绕密度为约0.4-1.0g/cm3左右，更优选为约0.5-0.9cm3左右，甚至更优选约0.6-0.9cm3左右。优选所述的厚度不小于约15mm，以用于工业规模制造。从处理后操作方便性的角度，即，为避免卷绕在筒管上的纱松开或杂乱，优选所述的密度在所述的范围内。
然后，所述的玉米状筒子纱或筒子纱装填到蒸压釜中。
蒸压釜可以具有内部可供给高温高压水蒸汽的公知结构。用于本发明的蒸压釜的一个实例配备有：水蒸汽导管，通过它供给高温高压水蒸汽；排水阀；排气阀，在处理后通过它为蒸压釜放气；入口嘴，通过它放入和取出所述的筒子纱或玉米状筒子纱；和密封装置，用于密封配有可开闭的盖子的容器。
装填了所述的筒子纱或玉米状筒子纱的蒸压釜中的压力可随意降低。优选减压后的压力为约5.0×103-5.0×104Pa左右，更优选为约5.0×103-2.7×104Pa左右。压力的下限值取决于诸如蒸压釜的结构这样的因素，但优选为约5.0×103Pa左右，以适应工业规模生产。
如上所述通过降低压力除去透过卷纱层的空气。结果，在接下来的高温高压水蒸汽处理过程中，高温高压水蒸汽可在短时间内透入筒子纱或玉米状筒子纱内部，可以改善表面和内部间热定形的均匀性。因此，本发明的一个优选实施方案是包括降压步骤的方法。
然后，进行高温高压水蒸汽处理。高温高压水蒸汽处理可以任何公知的方式进行。优选向装填了筒子纱或玉米状筒子纱的蒸压釜供给高温高压水蒸汽。
高温高压水蒸汽处理的温度可以为约130-250℃左右，优选约130-220℃左右，更优选约140-200℃左右。为得到实用的卷曲变形纱并且不劣化构成纤维的性质，优选上述温度范围。
说明处理时的压力。当处理用的高温高压水蒸汽是饱和水蒸汽时，从物理化学角度来讲，其压力由其温度决定。具体地，下限温度130℃的饱和水蒸汽的压力为2.70×105Pa，上限温度250℃的为38.97×105Pa。但是，在本发明处理中使用的水蒸汽不是仅限定为饱和水蒸汽，其压力可为约2.7×105Pa至39.0×105Pa左右。不用说，水蒸汽压力不能高于相同温度的饱和水蒸汽压力。
特别优选高温高压水蒸汽处理在约130-250℃左右、优选约130-220℃左右、更优选约140-200℃左右的温度，约2.7×105Pa至39.0×105Pa左右、优选约2.7×105Pa至23.2×105Pa左右、更优选约3.5×105Pa至23.2×105Pa左右的压力下进行。
在本发明中高温高压水可代替高温高压水蒸汽使用。此时，水温可为约130-250℃左右(但优选约130-220℃，更优选约140-220℃左右)；水压可为约2.7×105Pa至39.0×105Pa左右(但优选约2.7×105Pa至23.2×105Pa左右，更优选约3.5×105Pa至23.2×105Pa)。对于高温高压水处理，上文和下文的表达“高温高压水蒸汽”和“水蒸汽”可分别由“高温高压水”和“水”代替。
高温高压水蒸汽处理时间根据筒子纱或玉米状筒子纱的纤维量而不同，但不是一概而论。将预定的温度保持几分钟就足够了。优选处理时间为约2-100分钟左右，更优选约3-60分钟左右。在工业规模生产时，特别是在进行上述减压步骤时，处理时间为约0.5-100分钟左右，更优选约0.5-60分钟左右，甚至更优选约0.5-30分钟左右。为使卷绕在筒管上的纤维的表面和内部间的热定形更均匀并且不使构成纤维产生任何实质性的劣化，上述处理时间的限定范围是优选的。
在本发明中，特征在于热定形处理(通过热处理定捻)后的耐热高功能卷曲变形纱的卷曲值不超过6.5。卷曲值的优选范围为约6.5-0左右。更优选范围为约6-0左右，最优选范围为约5-0左右。限定的卷曲值范围对于通过热处理充分定捻以及得到实用的卷曲变形纱是优选的。
卷曲值由图1所示的仪器测定。卷曲变形纱即通过热处理定捻后的试样在适当的负荷(约(0.98-2.94)×10-2N){1-3gf}下悬挂在挂钩A、针B和挂钩C上，然后由挂钩A和挂钩C将试样固定。将负荷的前端置于试样与针B接触的部分上。然后，从针B上拿掉试样，结(snarl)静止在一定的位置上。通过仪器的刻度读取所述的位置。通过刻度读取的值定义为卷曲值指数。重复测定30次，30次测定值的平均值定义为卷曲值(有效数字是小数第1位)。即，卷曲值是按照JIS L 1095(1999)一般短张纱的试验方法9.17.2B法测定的。
我们通过图3更具体地说明上述的高温高压水蒸汽处理。但下面的一个实施方案是本发明的实施方案之一，因此本发明不限于该实施方案。
如图3所示的本发明的装置包括蒸压釜31，它可以被密封并且可以在其中装填一次加捻的耐热高功能纤维的筒子纱32。图3中，符号33是真空泵，它通过减压用的管子34和排气管35与蒸压釜31相连。符号36是供给高温高压水蒸汽或高温高压水用的管子，它通过操作阀37与蒸压釜31相连。
在本发明的装置中，蒸压釜31上配备有压力计38、温度计39、安全阀40、压力传感器41和温度传感器42。
另外，用于高温高压水蒸汽处理后排放蒸压釜31内的水的排放管43、和用于使蒸压釜内的压力恢复大气压的排气管35与上述的蒸压釜31相连。减压管34、排气管35和排水管43分别配备有手动阀44、45和46。
例如，高温高压水蒸汽处理可以使用上述的装置按照下面的方法进行。首先，将筒子纱32装填到蒸压釜31中，真空泵33开始工作后，打开减压管34的手动阀44，关闭排气管35的手动阀45和排水管43的手动阀46。结果，排出了蒸压釜31中的空气，并且蒸压釜31内的压力减至5.0×103Pa至5.0×104Pa。
接下来，关闭减压管34的手动阀44，打开供给管36的自动阀37。然后，向蒸压釜31供给高温高压水蒸汽。分别由压力传感器41和温度传感器42测定压力和温度，以将供给蒸压釜31的高温高压水蒸汽的温度保持约130-250℃左右的范围约0.5-100分钟左右。控制装置47根据上述测定值控制供给管36的自动阀37的开闭。
这里，上述的控制可以根据压力或根据温度进行。但是优选上述控制根据压力进行，因为根据压力进行控制的精度比根据温度进行控制的精度高。手动阀44、45和46不仅可以手动开闭，而且通过变更自动阀，可通过程序控制自动开闭这些阀。
高温高压水蒸汽处理后，关闭供给管36的自动阀37和减压管34的手动阀44，然后将蒸压釜通过排气管35排气，通过排水管43排水。这样蒸压釜内的压力返回至大气压后，从蒸压釜31中取出筒子纱或玉米状筒子纱。
高温高压水蒸汽处理后，通过沿与初次加捻方向相反的方向对加捻纱再次加捻将其解捻。在解捻步骤中，与初次加捻步骤一样，也可使用任何公知的捻丝机。此时，优选以使解捻后纱的捻数几乎为0这样的方式进行解捻。具体地，尽管取决于纱的细度的解捻后的捻数不是一概而论，但优选所述的捻数为约0±100(t/m)左右，更优选为约0±50(t/m)左右。特别地，更优选将纱解捻直到反方向的捻数超过0。具体地，更优选解捻纱的捻数为约0-(-50)(t/m)左右。
通过这样，可以制造本发明的耐热卷曲变形纱。通过本发明方法制造的耐热卷曲变形纱的拉伸伸长率不低于约6％，优选约10-50％左右。所述的耐热卷曲变形纱的弹性拉伸模量为不小于约40％，优选约50-100％左右。
本发明的耐热卷曲变形纱耐热性和弹性优良，因此具有多种应用。例如，通过用公知的方法机织或针织所述的耐热卷曲变形纱可以制造具有耐热性和弹性的织物。通过使用所述的织物，可以制造具有弹性和好的穿着感、可用于需要耐热性和弹性的多种应用的功能性服装。服装的实例有具有耐热性的薄安全手套、消防服、赛手服、钢铁工人服和焊工服等。
实施例
通过以下的实施例更具体地说明本发明。
所制试样的物理性质通过下面的方法测定和评价。
限氧指数：
按照JIS K7201(1999)中基于限氧指数的高分子材料燃烧试验法进行测定。
热分解点：
按照JIS K7120(1987)中测定塑料的热重损失的方法测定。
弹性：
按照JIS L1013(1999)中化学纤维长丝纱的试验方法测定。根据8.11.A节的“试验方法”，测定了各试样的拉伸伸长率。测定前的准备如下进行。将一束试样用纱布包起来，用90℃温水处理20分钟，然后室温下风干。
弹性回复率：
按照JIS L1013(1999)中化学纤维长丝纱的试验方法测定。根据8.12节的“试验方法”，测定了各样品的弹性回复率。测定前的准备如下。将一束试样用纱布包起来，用90℃温水处20分钟，然后室温下风干。
细度：
按照JIS L1013(1999)中化学纤维长丝纱的试验方法测定。根据8.3节的“试验方法”，测定了基于各试样的校正重量的细度。
拉伸强度：
按照JIS L1013(1999)中化学纤维长丝纱的试验方法测定。根据8.5.1节的“试验方法”，测定了各试样的拉伸强度。为防止各试样的单纤维杂乱并且对所有的构成单纤维给予均匀的张力，试验前将试样加捻到捻参数K为1000。
卷曲值：
按照JIS L1095(1999)中普通短纤纱的试验方法测定。根据9.17.2.B节的“试验方法”，测定了各样品的卷曲值。
实施例1-4和比较例1、2：
使用限氧指数29、热分解点537℃、拉伸强度2.03N/tex、拉伸模量49.9N/tex的聚对苯撑对苯二甲酰胺长丝纱(Toray-DuPont制、商品名Kevlar)。该材料由131根细度为0.17tex的单纤维构成，总细度为22.2tex。用倍捻机将纱第一次加捻至捻参数K为1937-9909。测定了所得加捻纱的卷曲值。接下来，将200克加捻纱卷绕在铝制筒管上，形成了筒子纱。然后用200℃的饱和水蒸汽对筒子纱热定形15分钟。测定了所得热定形纱的卷曲值。继而，使用相同的捻丝机，沿与第一次加捻相反的方向对纱再次加捻至捻数为0，由此得到了本发明的耐热卷曲变形纱。测定了卷曲变形纱的物理性质。结果如表1所示。
实施例5：
使用细度为44.4tex的聚对苯撑对苯二甲酰胺长丝纱(Toray-DuPont制的商品)。与实施例1同样地对纱加捻、用饱和水蒸汽热定形或干式热处理，然后解捻，不同之处在于在第一次加捻步骤中的捻参数为7536。测定了所得的本发明的耐热卷曲变形纱的物理性质。结果如表1所示。
比较例3：
与实施例3同样地对相同的纱加捻、用饱和水蒸汽热定形或干式热处理，然后解捻，不同之处在于热定形在低温下进行，即，用120℃的饱和水蒸汽热定形加捻纱15分钟。测定了所得的耐热卷曲变形纱的物理性质。结果如表1所示。
表1
 细度(tex)   捻数(t/m)   捻参数   热定形温度(℃)   热定形前的卷曲值   热定形后的卷曲值   拉伸伸长率(％)
 实施例1  22.2   1080   5087   200   9.5   4   7
 实施例2  22.2   1338   6304   200   9.5   5   17.6
 实施例3  22.2   1753   8260   200   9.5   5.5   28
 实施例4  22.2   2103   9909   200   9.6   6   31.6
 实施例5  44.4   1131   7536   200   9.4   5.2   29.6
 比较例1  22.2   411   1937   200   8   2   3.5
 比较例2  22.2   549   2587   200   9   3   4
 比较例3  22.2   1753   8260   120   9.5   8.5   4.9
实施例1-4的捻参数是高水平的，定捻前纱的卷曲值低于9.5。所述的加捻纱通过用饱和水蒸汽处理定捻。如果，定捻后纱的卷曲值为4-6，这说明捻被固定。因而，通过将定捻的纱解捻而得到的耐热卷曲变形纱的拉伸伸长率为7-31.6％。所述的拉伸伸长率水平对于作为可拉伸的优良机织和针织织物的原料是足够的。卷绕在筒管上的纱量小，因此没有观察到筒子纱表面和内部之间热定形的不均匀。
在实施例5中，定捻后纱的卷曲值为4-6，这说明捻被充分固定。因而，所得的耐热卷曲变形纱的拉伸伸长率为29.6％。所述的耐热卷曲变形纱作为可拉伸的优良织物的原料是令人满意的。卷绕在筒管上的纱量小，因此没有观察到筒子纱表面和内部之间热定形的不均匀。
另一方面，在比较例1和2中，定捻后纱的卷曲值低，为2和3，这说明捻被固定。但是初次加捻的捻参数低，因此所得的耐热卷曲变形纱的拉伸伸长率低，为3.5和4％。因此，不能获得可拉伸的优良织物。
在比较例3中，定捻后纱的卷曲值为8.5，这说明捻没有充分固定。所得的耐热卷曲变形纱的拉伸伸长率为4.9，因此所述的耐热卷曲变形纱作为可拉伸的优良织物的原料不能令人满意。
实施例6：
使用限氧指数28、热分解点537℃、拉伸强度2.03N/tex、拉伸模量49.9N/tex的聚对苯撑对苯二甲酰胺长丝纱(Toray-DuPont制、商品名Kevlar)。其细度为22.2tex。首先使用倍捻机将纱加捻至捻参数K为7539。将1kg加捻纱卷绕到可以卷绕1kg纱的铝制筒管上，形成筒子纱。在筒子纱中，筒管圆筒的内径为84mm，筒管圆筒的外径为90mm，筒子纱的宽度为164mm，其厚度为25mm，卷绕密度为0.7g/cm3。
将上述的筒管装填到蒸压釜中，用3分钟将蒸压釜的压力减至2.7×104Pa。然后，向蒸压釜内供给180℃的饱和水蒸汽10分钟。将蒸压釜原样放置30分钟，排出蒸压釜内的水蒸汽，使蒸压釜内的压力恢复至大气压，取出筒子纱。
接下来，使用相同的捻丝机，沿与初次加捻方向相反的方向再次对纱加捻至捻数为0，从而得到了本发明的耐热卷曲变形纱。
从热定形时的筒子纱的最外部、中央部和最内部取样。测定了耐热卷曲变形纱的物理性质。结果如表2所示。卷曲值在热定形后和解捻前测定，其他物理性质在解捻后测定。
比较例4
与实施例6同样地制得耐热卷曲变形纱，不同之处在于高温高压水蒸汽处理蒸压釜内之前不减压。从热定形时的筒子纱的最外部、中央部和最内部取样。测定了耐热卷曲变形纱的物理性质。结果如表2所示。
实施例7
与实施例6同样地制得本发明的耐热卷曲变形纱，不同之处在于将3kg加捻纱卷绕在可以卷绕3kg纱的铝制筒管上。在筒子纱中，筒管圆筒的内径为64mm，筒管圆筒的外径为70mm，筒子纱的宽度为170mm，其厚度为60mm，卷绕密度为0.7g/cm3。
从热定形时的筒子纱的最外部、中央部和最内部取样。测定了耐热卷曲变形纱的物理性质。结果如表2所示。
实施例8
与实施例6同样地制得本发明的耐热卷曲变形纱，不同之处在于向蒸压釜内供给200℃的饱和水蒸汽10分钟，然后将蒸压釜原样放置15分钟。
从热定形时的筒子纱的最外部、中央部和最内部取样。测定了卷曲变形纱的物理性质。结果如表2所示。
表2
  卷曲值   韧度y(N/tex)   拉伸伸长率(％)
 实施例6   最外部   4.9   1.39   29.4
  中央部   5.0   1.37   29.1
  最内部   4.7   1.37   28.9
 比较例4   最外部   4.9   1.38   29.7
  中央部   6.9   1.42   20.2
  最内部   8.1   1.46   4.8
 实施例7   最外部   4.8   1.38   29.8
  中央部   4.6   1.37   30.1
  最内部   4.9   1.38   29.6
 实施例8   最外部   4.3   1.35   30.5
  中央部   4.7   1.36   31.5
  最内部   4.5   1.34   31.0
如表所示，在实施例6-8中，本发明的耐热卷曲变形纱的最外部和最内部的物理性质没有区别。另一方面，在比较例4中，最内部的拉伸伸长率比最外部的低，这说明筒子纱的表面和内部之间的热定形存在不均匀。对于耐热卷曲变形纱，拉伸伸长率是最重要的。
实施例9
在铝制耐热筒管的表面上均匀地制作直径4mm的圆形小通孔，其中筒管圆筒的内径为84mm，筒管圆筒的外径为90mm，筒子纱的宽度为164mm。所述的通孔的数目为96个，具体来说是垂直方向上8个、圆周方向上12个。此时，孔面积率为2.7％。
使用限氧指数28、热分解点537℃、拉伸强度2.03N/tex、拉伸模量49.9N/tex的聚对苯撑对苯二甲酰胺长丝纱(Toray-DuPont制、商品名Kevlar)。其细度为22.2tex。用倍捻机将纱第一次加捻至捻参数K为7539。将加捻纱卷绕在上述的筒管上，形成筒子纱。筒子纱的宽度为25mm，其卷绕密度为0.7g/cm3。
将上述的筒子纱装填到蒸压釜中。用180℃的饱和水蒸汽进行热处理30分钟。
然后，使用相同的捻丝机，沿与初次加捻方向相反的方向再次对纱加捻至捻数为0，从而得到本发明的耐热卷曲变形纱。
比较例5
与实施例9同样地制得耐热卷曲变形纱，不同之处在于通孔的数目不同，且孔面积率小，为0.97％。小通孔数目为32个，具体来说是筒管的垂直方向上8个、筒管的圆周方向上4个。此时，所述的通孔为直径4mm的圆形小孔。
从热定形时的筒子纱的最外部、中央部和最内部取样。测定了卷曲变形纱的物理性质。
比较例6
与实施例9同样地制得耐热卷曲变形纱，不同之处在于通孔的尺寸不同。其数目为40个，具体来说是筒管的垂直方向上8个、筒管的圆周方向上5个。其尺寸大，即其直径为10mm。
比较例7
与实施例9同样地制得耐热卷曲变形纱，不同之处在于通孔的尺寸不同。其数目为1482个，具体来说是筒管的垂直方向上26个、筒管的圆周方向上57个。其尺寸小，即其直径为1mm。
结果如表3所示。卷曲值在用高温高压水蒸汽热定形后和解捻前测定，在解捻后测定了拉伸伸长率和弹性回复率。
表3
Figure C0181555500271
从实施例9和比较例6的数据可以看出，为进行充分的筒子纱热定形，优选孔面积率不低于1％。在实施例9中，筒管圆筒的孔面积率为2.67％，水蒸汽透入筒子纱的最内部。因此，从卷曲值看出，所有的捻从最外部到最内部被均匀地固定。因此，通过解捻所得的耐热卷曲变形纱的拉伸伸长率和弹性回复率从筒子纱的最外部到最内部是均匀的。这里，拉伸伸长率是弹性指数，弹性回复率是收缩性指数。另一方面，在比较例5中，筒管圆筒的通孔面积率是0.97％，水蒸汽不能有效透入最内部。因此，最内部的纱的卷曲值高，在通过解捻所得的耐热卷曲变形纱中，最内部的纱的拉伸伸长率和弹性回复率明显比最外部的差。
在比较例5中，在耐热卷曲变形纱上留有通孔的痕迹。因此为使得不在耐热卷曲变形纱上留下痕迹，优选通孔直径小于9mm。
在比较例5中，通孔被纤维沉积物(废纤维)阻塞。即，在加捻加工时，纱的单纤维接触导纱器并被磨损。因此，产生了小纤维(细毛)，产生的小纤维变成沉积物(废纤维)。防止纤维产生静电的表面活性剂与那些纤维沉积物粘附在通孔的内部，因此，通孔被阻塞。因此，为进行高温高压水蒸汽处理而不阻塞通孔，优选通孔的直径大于约2mm。
工业实用性
本发明的特征在于一种制造耐热卷曲变形纱的方法，该方法包括：对耐热高功能纤维的纱进行初次加捻；通过热处理将加捻纱定捻；和将定捻的纱解捻，其中定捻的纱的卷曲值不超过6.5。在所述的制造方法中，例如可以使用任何普通的蒸压釜等充分地将纱卷曲，其中可以把被热定形的加捻纱在预定温度下仅保持短时间。因此，所述的制造方法具有这样的优点：任何普通设备的可用性、过程控制简易、低成本和高生产率等。通过使用所述的制造方法，可以得到具有良好弹性拉伸模量、耐热性、强度和外观好的耐热卷曲变形纱。由于该方法中的热定形处理是在低于耐热高功能纤维的分解点的温度下进行的，因此避免了纱受热劣化。因此可以得到具有好的弹性拉伸模量和耐热性的优良实用的耐热卷曲变形纱。并且通过使用所述的耐热卷曲变形纱，可以制造弹性和耐热性好的织物。通过使用所述的织物，可以制造弹性好、穿着感舒适的功能性服装。
另外，在制造本发明的耐热卷曲变形纱的方法中，通过降低蒸压釜内的压力或使用具有小通孔的耐热筒管，可以改善表面和内部间通过高温高压水蒸汽进行的热定形的均匀性。因此，通过使用本发明方法，可以有效且以工业规模制造上述的耐热卷曲变形纱。通过上述的改善，高温高压水蒸汽处理时间缩短。因此避免了纱因热劣化，因此，可以得到具有好的弹性拉伸模量和耐热性的耐热卷曲变形纱。另外，可以一次卷曲大量的纱，因此可以降低生产成本，提高生产率。

Claims (16)

1.一种制造耐热卷曲变形纱的方法，包括将耐热高功能纤维的纱加捻，其中耐热高功能纤维选自对位芳族聚酰胺纤维、间位芳族聚酰胺纤维、全芳香族聚酯纤维和聚对苯撑苯并二唑纤维；通过热处理将加捻纱定捻；和将定捻的纱解捻，其中定捻的纱的卷曲值不超过6.5；并且对加捻纱施加的用于热定形的热处理是通过将加捻纱与从130-250℃温度范围以及从2.7×105-39.0×105Pa的压力范围的水蒸汽或从130-250℃温度范围以及从2.7×105-39.0×105Pa的压力范围的水接触来进行的。
2.根据权利要求1所述的制造耐热卷曲变形纱的方法，其中耐热卷曲变形纱的拉伸伸长率不小于6％。
3.根据权利要求1所述的制造耐热卷曲变形纱的方法，其中对加捻纱的处理是用从130-220℃温度范围以及从2.7×105-23.2×105Pa的压力范围的水蒸汽或从130-220℃温度范围以及从2.7×105-23.2×105Pa的压力范围的水进行的。
4.根据权利要求1所述的制造耐热卷曲变形纱的方法，其包括通过将耐热高功能纤维的加捻纱卷绕在筒管上制作筒子纱或玉米状筒子纱；将筒子纱或玉米状筒子纱装填到蒸压釜中；降低蒸压釜内的压力；通过将加捻纱与从130-250℃温度范围以及从2.7×105-39.0×105Pa的压力范围的水蒸汽或从130-250℃温度范围以及从2.7×105-39.0×105Pa的压力范围的水接触将所述的筒子纱或玉米状筒子纱的加捻纱定捻；以及将定捻的纱解捻。
5.根据权利要求4所述的制造耐热卷曲变形纱的方法，其中减压后蒸压釜中的压力为5.0×103-5.0×104Pa。
6.根据权利要求4或5所述的制造耐热卷曲变形纱的方法，其中加捻纱与从130-250℃温度范围以及从2.7×105-39.0×105Pa的压力范围的水蒸汽或从130-250℃温度范围以及从2.7×105-39.0×105Pa的压力范围的水的接触0.5-100分钟之间的时间段。
7.根据权利要求4或5所述的制造耐热卷曲变形纱的方法，其中筒子纱或玉米状筒子纱的纱层厚度不小于15mm，其卷绕密度不小于0.5g/cm3。
8.根据权利要求6所述的制造耐热卷曲变形纱的方法，其中筒子纱或玉米状筒子纱的纱层厚度不小于15mm，其卷绕密度不小于0.5g/cm3。
9.根据权利要求1-5任一项所述的制造耐热卷曲变形纱的方法，其中耐热高功能纤维被加捻到下式表示的捻参数K的值为5,000-11,000：
K＝t×D1/2
式中t表示纤维的捻数(转数/m)；D表示其细度(tex)。
10.根据权利要求1-5任一项所述的制造耐热卷曲变形纱的方法，其中对位芳族聚酰胺纤维是聚对苯撑对苯二甲酰胺纤维。
11.通过权利要求1-5的任一项所述的方法制造的耐热卷曲变形纱。
12.由权利要求11所述的耐热卷曲变形纱制成的织物。
13.由权利要求12所述的织物制成的服装。
14.权利要求1-5任一项所述的制造耐热卷曲变形纱的方法，包括通过将耐热高功能纤维的加捻纱卷绕到筒管上制作筒子纱或玉米状筒子纱的步骤；将筒子纱或玉米状筒子纱装填到蒸压釜中的步骤；将装填了筒子纱或玉米状筒子纱的蒸压釜内的压力减至5.0×103-5.0×104Pa的步骤；和通过向所述的蒸压釜内供给从130-250℃温度范围以及从2.7×105-39.0×105Pa的压力范围的水蒸汽或从130-250℃温度范围以及从2.7×105-39.0×105Pa的压力范围的水将蒸压釜内的温度升至130-250℃的步骤。
15.根据权利要求14所述的制造耐热卷曲变形纱的方法，其中所述的筒管是耐热筒管，在其圆筒的表面和/或其凸缘上具有许多小通孔，其中小通孔的孔径为2-9mm，孔面积率为1-20％。
16.权利要求1-5任一项的制造耐热卷曲变形纱的方法中使用的装置，其包括用于密封蒸压釜内部的密封装置；将蒸压釜内的压力减至5.0×103-5.0×104Pa的减压装置；用于向蒸压釜内供给从130-250℃温度范围以及从2.7×105-39.0×105Pa的压力范围的水蒸汽或从130-250℃温度范围以及从2.7×105-39.0×105Pa的压力范围的水的供给装置；用于控制从130-250℃温度范围以及从2.7×105-39.0×105Pa的压力范围的水蒸汽或从130-250℃温度范围以及从2.7×105-39.0×105Pa的压力范围的水的温度以保持130-250℃ 0.5-100分钟的控制装置；排出蒸压釜中的水的排水装置和将2.7×105-39.0×105Pa的压力减至大气压的排气装置。
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