CN101146938A - 短纤维纱制造方法 - Google Patents

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CN101146938A CNA2006800092134A CN200680009213A CN101146938A CN 101146938 A CN101146938 A CN 101146938A CN A2006800092134 A CNA2006800092134 A CN A2006800092134A CN 200680009213 A CN200680009213 A CN 200680009213A CN 101146938 A CN101146938 A CN 101146938A
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Abstract

本发明是一种人造短纤维纱、一种用于制造纱线的装置，和一种将长丝纱拉断制造短纤维纱的方法。该方法使得能够制造多个比大旦尼尔丝束产品更小批量的产品。该方法包括拉伸区、张力控制区、拉断区和凝结区以形成人造短纤维纱。

Description

短纤维纱制造方法
本申请要求了于2005年1月21日提交的美国临时申请No.60/645,695的优先权，将该临时申请的整个内容引入作为本申请的一部分用于所有目的。
技术领域
本发明总的涉及一种纤维加工(conversion)和纺丝方法，并且更特别地涉及将长丝纱拉断形成人造短纤维和将这些纤维凝结(consolidating)成短纤维(纺成的)纱线的方法。该方法包括拉伸步骤、随后是张力控制步骤、随后是拉断步骤，和最后是凝结步骤。本发明还涉及一种用于实施该方法的装置，和由此制造的纱线。
背景
已经由合成材料例如聚合物制备的连续长丝通过将该连续长丝切割成人造短纤维，然后以与棉或羊毛的天然纤维相同的方式将其捻成纱线而制造短纤纱。
由人造短纤维制造纱线的另一种方法是通过将连续长丝拉断以形成人造短纤维。该方法被进一步分成两类。在第一类中，正如例如在US 4,924,556(Gilhaus)中描述的那样将大的长丝丝束拉断形成重的人造短纤维条。然后通过同样用于棉或羊毛的常规体系将这些条加工成纱线。由于由拉断的长丝得到的人造短纤维在常规的纱线制造机上加工，因此必须严格地控制平均纤维长度和纤维长度分布。为了完成该任务，Gilhaus教导了多个拉断区用于逐渐地降低纤维长度。在第二类中，正如例如在US 2,721,440(New)或US 2,784,458(Preston)中描述的那样，将较小的丝束拉断形成小的长条，然后将这些长条直接纺成纱线。该第二类方法有时被称为直接纺丝。
由于实际的加捻装置固有的速度局限，因此这些早期方法速度缓慢。作为实际加捻的选择，US 3,110,151(Bunting)公开了采用缠结或交织喷丝头装置将人造短纤维凝结以制得纱线产品。这类产品可以比实际加捻更快地制得，但在长度、洁净度和均匀性上不能与常规的短纤纱相比。
作为选择，US 4,080,778(Adams)公开了这样一种方法，其中可以在单个区中将1500-5000旦尼尔的连续长丝丝束加热和拉伸，然后拉断(牵切)和牵伸，并且在高速下通过有孔的牵伸辊和吸气机排出以保持流体和纤维并流通过辊距。为了具有加工稳定性和优质的纱线，Adams要求在拉断区中辊速比至少为5。然后在Bunting中公开的一种缠结喷丝头中将不连续的、未凝结的长丝凝结以制得50-300旦尼尔的纱线。由于不需要进一步的纱线加工，因此不存在纤维长度限制。在Adams中，约1.5-20％的在拉断区中制得的不连续长丝纤维的长度超过76cm，并且约50-93.5％的纤维为12.7-76cm长。要求纱线轴在整个方法期间垂直。所得产品是具有通常高于环锭纺丝纱线的优良强度的凝结纱线，其没有粗节并且洁净。
一种由纤维丝束制造包缠纱的水平在线方法在US 4,667,463(Minorikawa)中教导。该方法包括：在具有窄宽度的延长区域中在加热器上将丝束拉伸，牵伸切割丝束，并且使牵伸切割的纤维经受修正的牵伸切割步骤和纱线形成步骤。修正的牵伸切割步骤中区域的长度约为牵伸切割区长度的0.4-0.9倍，并且修正的牵伸切割的辊速比为至少2.5。拉伸优选以两个阶段进行以实现最大拉伸比的90-99％的拉伸比，并且然后将拉伸的纤维热处理。纱线形成步骤使用喷丝头系统通过在纤维芯的周围生成缠绕纤维并且将它们缠绕在芯层纤维的周围而使纤维凝结。有时候在修正的牵伸切割区和纱线形成区中使用输送带以控制外围的纤维。产品描述于US 4,356,690(Minorikawa)中，其提及了纱线纤维中超过约15％的不连续长丝具有小于平均长丝长度0.5倍的长丝长度，并且纱线纤维中超过约15％的长丝具有大于平均长丝长度1.5倍的长丝长度，其中优选的平均长丝长度为50-500mm。在所示出的实施例中，制得174-532旦尼尔(30.5-10英制棉纱支数)的纱线的方法最大输出速度为200米/分钟(实施例6)，大多数实施例在约100米/分钟下进行。
在Adams方法的产品中，长的平均纤维长度和1.5-20％的纤维超过76cm的实际情况，限制了可伸出纱线的纤维端的数目并且为许多织物应用提供了具有舒适感觉和外观的纱线。为了实现稳定的方法和优良的纱线质量，Adams要求了这些长的纤维。
与Adams方法相对比，Gilhaus和Minorikawa要求至少两个断裂区以获得所希望的平均纤维长度和纤维长度分布。对于方法稳定性和洁净纱线而言认为需要长的断裂区，而对于短的纤维长度而言认为需要短的断裂区。当使用短的断裂区时，平均纤维长度典型地为约最短断裂区长度的0.5倍，平均纤维长度的范围约为最短断裂区长度的0.4-0.7倍。
WO 00/77283(Popper)公开了一种拉断方法，其中制得的纱线具有大于6英寸的重均纤维长度。
因此仍然需要一种用于制造具有足够短的平均纤维长度以得到类似于常规人造短纤维纱的美观性的拉断纱线的直接纺丝方法。还需要一种可以稳定地并且在高速(例如高于250m/min)下操作以使得在单线中由小的丝束或筒子架直接制造纱线在经济上为有吸引力的方法。
现有的一个断裂区的方法似乎还制得了具有不可接受的质量均匀性的纱线。特别地，2米-10米的纱线长度中的质量变化可以使得织物看起来具有厚和薄的位置，尽管测得的质量均匀性(CV％)正好处于通常可接受的范围内。本发明的方法克服了这些问题。
概述
本发明的一个实施方案是一种通过以下方式由长丝纱制造短纤维纱的方法：
(a)使长丝纱经受一定量的张力，在该张力下纱线中的长丝被拉伸，
(b)使纱线经受一定量的张力，在该张力下纱线中的长丝不再被进一步拉伸并且不断裂，
(c)使纱线经受一定量的张力，在该张力下纱线中的长丝断裂形成人造短纤维，和
(d)将该人造短纤维凝结形成短纤维纱。
本发明的另一个实施方案是一种通过以下方式由长丝纱制造短纤维纱的方法：
(a)将长丝纱通入纺丝装置的拉伸区，在其中使纱线经受一定量的张力，在该张力下纱线中的长丝被拉伸，
(b)将从拉伸区中出来的纱线通入装置的张力控制区，在其中使纱线经受一定量的张力，在该张力下纱线中的长丝不现被进一步拉伸并且不断裂，
(c)将从张力控制区中出来的纱线通入装置的拉断区，在其中使纱线经受一定量的张力，在该张力下纱线中的长丝断裂形成人造短纤维，和
(d)将从拉断区中出来的人造短纤维通入装置的凝结区，在其中将人造短纤维凝结形成短纤维纱。
本发明的另一个实施方案是一种用于由长丝纱制造短纤维纱的纺丝装置，其包括：
(a)拉伸区，在其中使纱线经受一定量的张力，在该张力下纱线中的长丝被拉伸，
(b)张力控制区，所述长丝纱从拉伸区通入其中，在其中使纱线经受一定量的张力，在该张力下纱线中的长丝不再被进一步拉伸并且不断裂，
(c)拉断区，所述长丝纱从张力控制区通入其中，在其中使纱线经受一定量的张力，在该张力下纱线中的长丝断裂形成人造短纤维，和
(d)凝结区，所述人造短纤维从拉断区通入其中，在其中人造短纤维凝结形成短纤维纱。
本发明还有另一个实施方案是一种包括人造短纤维的短纤维纱，其中该人造短纤维具有小于约6英寸的重均纤维长度和小于1英寸至约25英寸的纤维长度分布。
附图说明
本发明的其他特征将从以下描述中和参照附图时变得明显，其中：
图1是本发明的装置的侧面立视图，该装置可用于实施本发明的方法并且其包括拉伸区、张力控制区、拉断区和凝结区。
图2-5表示在实施例1-4中制得的纱线上获得的质量均匀性光谱图。
图6-8用图解说明了可用于本发明方法的作为选择的导丝辊布置。
图9是包括第二组进料辊以拉伸具有不同拉伸比的不同进料材料的实施方案的图解说明。
详述
已经开发了一种由长丝纱进料制造短纤维纱线的方法，其短纤维纱线中的人造短纤维具有小于约6英寸(6″)的重均纤维长度、使得每英寸有所希望的高数量纤维端。采用不使用短的拉断区的装置，该方法能够提供这些相对短的重均纤维长度，因为重均纤维长度与拉断区的长度的比例可以被控制在小于约0.4。该方法在极大地超过在其下制造环锭纺丝的短纤维纱的那些的速率下操作。该方法使得能够在垂直或水平方向上操作而不会牺牲生产速度或效率。该方法适合于使用由多种材料包括多种聚合物制得的长丝纱作为进料。
公开了对常规拉断方法的多种改进，包括在拉断之前采用张力控制区以消除或控制进料纱线中长丝中的应力。该张力控制使得能够极大地影响进料纱线中的长丝在拉断区中断裂的位置，并且因此能够改变通过将进料纱线中的连续长丝拉断制得的人造短纤维的纤维长度分布，主要是重均纤维长度。
在优选实施方案中，该方法以直接的顺序一从上游到下游的方向移动而使用以下区：拉伸区、张力控制区、拉断区和用于将由不连续长丝制得的人造短纤维凝结并且通过各种方式的任一种将它们相互缠结以在纱线产品中产生和保持统一性的凝结区。该方法包括对具有一个或多个拉断区的系统的改进。
在另一些实施方案中，当希望将进料纱线中的长丝和/或产品纱线中的人造短纤维加热并且控制产品特征例如收缩率时，采用退火区。退火区最通常是拉伸区的一部分，但可以在方法中的多个位置下使用，包括在凝结区之后。
纤维是特征在于长度为其直径或宽度的至少100倍的圆柱形物质单元，其能够通过多种方法例如编织、针织、编结、毡合(缩绒)和加捻而被纺丝成纱线或制成织物。为了在纺织机械上加工，需要合适长度(例如约1-8英寸)的纤维。人造短纤维具有用于该目的的合适长度，因为其是天然纤维(例如得自棉或羊毛)并且固有地具有可用的长度，或者其是由连续长丝切割或断裂成合适机械长度的一束不连续长度的合成长丝。在本文中称为长丝纱线的一束连续长丝因此通过加工转化成人造短纤维，例如，在拉断机上加工以达到在制得合适用于凝结的长度的不连续长度的长丝的位置下将连续长丝重复断裂成人造短纤维。
与上述的长丝纱相对，短纤维纱是以其中纤维凝结并且因此充分地相互缠结以使得纱线沿着适合于针织、编织或者相互缠绕以形成织物的纱线长度具有完整性和统一性形式的连续的人造短纤维束。短纤维纱还可以包含掺入断裂长丝流中的连续未断裂的长丝，由该断裂长丝流制得人造短纤维并且最终制得短纤维纱。
本发明的方法制得了由人造短纤维组成的纱线，该人造短纤维具有比通过没有张力控制区并且仅有一个或两个拉断区的拉断系统制得的纱线更短的重均纤维长度。本发明的短纤维纱产品特征在于：存在不同长度的人造短纤维，该纤维沿着纱线长度相互缠结以保持纱线的统一性，其中该纤维的重均长度小于6英寸，并且其中纱线具有小于1英寸-约25英寸的纤维长度分布。其他产品包括纱线产品中连续长丝与人造短纤维的组合，该连续长丝例如在拉断区之后并且在凝结区的入口被加入纤维中。
现在参照附图，图1示出了本发明的直接纺丝装置，在其上可以进行本发明方法。用于本发明方法的长丝纱进料材料可以来自卷绕的连续长丝包，或者可以来自从其中可以自由抽出进料纱线的游荡(piddled)的连续长丝的容器。采用相对小旦尼尔的游荡的进料纱线，本发明的方法可以经济地操作，其消除了昂贵的缠结步骤并且使得能够使用有时难以成功地卷成卷的未拉伸的长丝。长丝纱进料中的长丝因此可以在送入装置的拉伸区之前未拉伸，或者可以被预先部分拉伸或取向。这些形式中的任一种进料材料提供了经济的选择。这与例如公开于Gilhaus中的长条拉断装置相反。
将长丝纱1送入装置，并且首先在两组辊子2与3之间拉紧，这些辊子通过常规的马达/变速箱和控制器(未示出)在预定的速度下驱动。辊组3在比辊组2更高的速率下驱动，并且由此使进料纱线在该第一区11(拉伸区)中经受一定量的张力，在该张力下纱线中的长丝被拉伸。
拉伸区11和拉伸长丝纱1是指以没有或基本没有长丝断裂；长丝保持连续的方式将连续长丝拉伸。拉伸长丝纱可以包括或不包括将长丝加热，并且拉伸区11可以因此任选地包括可以采用许多形式并且可以在可容易改变的长度上接触长丝的加热器。一旦长丝在拉伸区中处于张力下，就可以进行长丝的拉伸，并且因此对于一些聚合物而言，长丝的拉伸或伸长可以刚好发生在长丝离开上游辊2时或者在非常短的长度例如一英寸或更少上。在该情形下，加热器起到使拉伸的长丝退火而不是将其加热用于拉伸的作用。对于这类长丝而言，如果需要拉伸加热，则可以将辊加热。然而，其他聚合物可能直到它们通过接触加热器的表面经受一些热时才拉伸，或者可能完全不加热而拉伸。然而在另一些情形中，拉伸区可以具有基本不超过1的辊速比、纱线将接受最少的拉伸并且拉伸区将起到与作为拉伸区一样或更多的退火区的作用。拉伸区11的长度并不关键，并且被主要设计为适合于容纳加热装置(当存在时)。
然后使其中长丝被拉伸的进料纱线4从拉伸区11中出来并且通入位于辊组3与5之间的张力控制区12。相对于辊组3的速度，辊组5在这样的速度下驱动：在该速度下将该区中的长丝的张力控制在选择的以使得长丝中任何残余的应力消散的量下。为了该目的，辊组5的速率可以小于、等于或高于驱动辊组3的速度。在拉伸区11中长丝经受的张力量(大小)因此在张力控制区12中被减小、保持或增加。然而，在所有情形中将在张力控制区中长丝经受的张力设定在进料纱线中的长丝在其下不被进一步拉伸并且不断裂的量下。如果在张力控制区12中长丝经受的张力量高于在拉伸区中它们经受的张力量，则由于拉伸区11的温度分布、由其制得长丝的材料的力学性能和在拉伸区11中长丝已经经受的拉伸量，该较大数量的张力将不会大至造成任何另外的拉伸。
尽管在如图1中所示的本发明的装置中拉伸区11直接将进料送入基本是相同的机器部分的张力控制区12，但在本发明的方法中在拉伸区中拉伸纱线的步骤不必在与该方法中的任一个其他步骤相同的机器上进行。
然后进料纱线6从拉伸控制区12中出来并且通入位于辊组5与7之间的拉断区13。在辊组5的辊隙与辊组7的辊隙之间测量拉断区13的长度。在拉断区13中通过在比辊组5更高的辊组7的速度下驱动纱线而提高纱线6的速度。在辊子与纱线之间应该没有任何滑动，因此在驱动的辊组5下的纱线速度和辊表面速度相同，并且在驱动的辊组7下的纱线速度和辊表面速度相同。在拉断区13中提高纱线的速度使纱线6中的长丝经受一定量的张力，该张力使长丝被拉伸直到超过长丝的断裂伸长率，并且由两个辊组夹紧的长丝将断裂。在拉断区13中，为了使长丝断裂，辊组的速度比应该使得长丝上最大施加的应变超过由其制得长丝的材料的断裂伸长率。在这种条件下，全部或基本全部的长丝将在拉断区13中断裂形成人造短纤维。
除了使连续长丝在高的速度比下运行并且使它们经受超过它们的断裂伸长率的张力而将进料纱线中的连续长丝断裂之外，还可以通过采用装置例如切割成条机或刀轮将它们切割或弄薄而使长丝断裂[例如在New或US 4,547,933(Lauterbach)中描述的那样]，这降低了施加在轧棍上的断裂力并且控制了一些长丝中断裂位置的无规性。
为了在单个拉断区13中实现进料纱线中的长丝的实际断裂，当出口辊7的速度与入口辊5的速度比例升高时，断裂所需的稳态张力降低。如果纱线在高张力下进入拉断区13，则其中的长丝更容易在更接近入口辊5处断裂。更接近入口辊5的断裂将造成在由断裂的不连续长丝形成的人造短纤维中更长的重均纤维长度，其可以例如是大于拉断区13的长度约0.5倍的重均长度。如果纱线在低张力下进入拉断区13，则其中的长丝更容易在更接近出口辊7处断裂。更接近出口辊7断裂将造成在由断裂的不连续长丝形成的人造短纤维中更短的重均纤维长度，其可以例如是小于拉断区13的长度约0.5倍的重均长度。该现象可用于生成重均长度小于约6″的人造短纤维，而不需要减小使用的拉断区的长度，由此保持优良的操作性和纱线质量。在纱线的拉断中，较短的断裂区得到较短的纤维，但对于优良的操作性和纱线质量而言需要较长的断裂区。
纱线上的张力以克度量并且可以通过使用张力计测量。拉伸区、张力控制区和拉断区中纱线上的张力和因此其中的长丝上的张力可以由纱线的质量流量、断裂伸长率和断裂强度确定。
在进料纱线中的连续长丝断裂之后，还可以在拉断区中将由其形成人造短纤维的不连续长丝组合在其的速度不断升高直到其达到辊组7的速度时牵引以减小旦尼尔。上述同样的现象使得在拉断区中的牵引能够在宽范围的辊速比，甚至小于5下操作，并且使得能够使用装有相对少量连续长丝的进料纱线包的进料粗纱架，而不是必须由许多包生成非常大的进料丝束。
由断裂的不连续长丝形成的人造短纤维8从拉断区13中出来并且通入辊组7与9之间的凝结区14。在凝结区14中纤维速度可以稍微降低，但在辊子与纤维之间应该没有任何滑动，并且因此在驱动的辊组7下纤维速度和辊表面速度相同，并且在驱动的辊组9下纤维速度和辊表面速度相同。在其他情形中，可能希望在凝结区中少量提高纤维速度以改进纤维的缠结。在该情形中，将出现一些牵引。一个或多个凝结装置10例如吸气机喷丝头或交织喷丝头设置在凝结区中。交织喷丝头通过将纤维彼此缠结形成短纤维纱而使纤维互相连接，并且在这样做时其可以稍微缩短纱线形成时纤维的长度，这是凝结区中降低的速度的原因。合适的交织喷丝头描述于例如美国专利6,052,878(Allred)、WO 03/29539(Buchmuller)或者Heberlein交织喷丝头目录中。其他合适的纤维相互连接喷丝头描述于例如US 4,825,633(Artzt)和Murata Jet Spinner目录中。人造短纤维在通过凝结区之后变成具有优良粘结性和强度的凝结的短纤维纱。
如果需要，在凝结区14之后可以增加退火区(未示出)。该退火区可以例如以与上述相同的方式一其中采用加热装置但采用极小的速度比操作拉伸区11而操作。这可用于其中必须将纱线产品的最终收缩率控制在特定值并且在纱线形成后退火是实现其的最直接方式的方法中。当进料纱线由两种不同材料制备并且退火热处理造成纱线产品中的每一材料不同地响应以在纱线中产生特殊效应时，例如当纤维的收缩率不同并且不同的收缩率产生松散或多圈的纱线时，这也可以使用。在选择性实施方案中，可以有少量过量进料的纤维进入退火区。
在其他选择性实施方案中，在本发明的方法和装置中可以采用图6-8中所示的导丝辊布置。这些选择性布置说明了确保在导丝辊与纱线之间的足够摩擦，由此消除滑动的方式。图8用图解说明了加工两种需要不同拉伸比的不同进料纱线的方式。
在辊组9之后，将凝胶的短纤维纱导向卷绕机。可以将通过本方法制造的凝结纱线卷绕成包或者游荡成容器用于传送到另一个方法或者用于运输；或者通向其他的机器元件用于进一步加工。
可以例如通过涂覆整理剂或者通过结构处理例如用喷丝头、齿轮卷曲机或填塞箱卷曲而将用于本发明方法中的进料纱线预处理。然而，用于进料纱线的任何整理剂的选择是操作性的考虑因素。如果使用过多的整理剂，则不利地影响了拉断区中独立的长丝流动性和断裂。如果使用过少的整理剂，则静电变成问题并且辊包裹增多。以由其制得长丝的材料重量计，优选小于约0.1wt％的整理剂含量，并且更优选小于约0.04wt％。典型的整理剂组成可以包括脂肪酸的环氧乙烷缩合物、用壬酸封端的乙氧基化或丙氧基化醇、磷酸酯的钾盐和/或磷酸酯的胺盐。可用于将被拉断的长丝的其他整理剂描述于例如Adams和JP 58(1983)-44787(Hirose)中。
本发明的短纤维纱产品由不同长度的不连续长丝的凝结人造短纤维制得，这些纤维沿着纱线的长度相互缠结以保持纱线的完整性和统一性。该纱线产品具有可容易地用于织物应用而除了常规染色等之外不需要进一步制备的旦尼尔。纱线产品的线密度通常小于或等于约1000旦尼尔。然而作为选择，纱线产品可以具有大于约1000旦尼尔的线密度，并且在该情形中由其制得纱线的纤维在纱线的横截面中可以包含总计约500根或更少的长丝。在优选的实施方案中，纱线产品中的人造短纤维具有小于约6英寸的重均纤维长度，并且它们具有其中纤维从最小小于1英寸至最大约25英寸的纤维长度分布。约99％的纤维的最大长度小于约25英寸，并且超过约50％的纤维具有重均长度纤维的约0.5-约1.5倍的长度。数均纤维长度也小于约6英寸。纱线产品每英寸具有有用数目的纤维端，并且显著百分比的这些纤维端可以作为从纱线的中心部分延伸以赋予纱线所希望的感觉或“手感”的突出端而被发现。
在制造本发明的纱线产品中，可以使用两种或多种不同类型的进料纱线。在一个实施方案中，不同的进料纱线将一起通过拉伸、张力控制、拉断和凝结区。这些不同的纱线在送入装置之前可以一起组合成单根纱线或者可以简单地单独但同时送入。
然而，在另一个实施方案中，可以通过在拉伸区的下游端或者在张力控制区的下游端引入一种或多种另外的进料纱线而制造本发明的纱线。如果不需要拉伸的长丝纱将要加入到需要拉伸的纱线中，则这是一种有用的方法。所有纱线将在拉断区中同时断裂，并且在余下的方法期间将继续被一起处理。
在另一个实施方案中，可以通过在拉伸区的下游端或者张力控制区的下游端引入第一种另外的进料纱线，并且通过在凝结区的上游端引入第二种另外的进料纱线而制造本发明的纱线产品。在该实施方案中，该第一种另外的进料纱线将通过拉断区并且因此断裂成不连续长丝，但该第二种进料纱线将不通过拉断区。结果，该第二种进料纱线可以是意在使长丝保持连续并且因此未断裂的长丝纱，和/或该第二种进料纱线可以是预先制备的已经掺入人造短纤维的短纤维纱。还有另一个实施方案中，可以只在凝结区的上游端引入一种或多种另外的进料纱线。
在进料纱线之间有差异的情况下，该差异可能例如是每个长丝的旦尼尔，其中一种纱线具有小于约0.9的旦尼尔每根长丝(dpf)，并且另一种纱线具有大于约1.5的旦尼尔每根长丝。由dpf有差异的两种或多种纱线制造纱线产品的优点是可以由较大dpf的进料纱线确定纱线产品的结构刚性同时可以由较小dpf的进料纱线控制软度。这克服了当使用具有优良手感但过于柔软的小dpf纱线制成织物时的一些问题。
当使用不同的进料纱线时，为了在拉伸区中所希望的性能，每一种的断裂伸长率应该类似。如果不同的纱线不具有类似的断裂伸长率，则可以将它们中的其中一种部分预拉伸以与另一种相容。作为选择，可以如图9中所示那样将第二个独立的进料辊组(2A)安装在装置中，该进料辊组在预辊组2不同的速度下操作，使得不同的纱线可以在不同的速度比下拉伸同时在拉伸辊3下仍然连接在一起。
在将不同的进料纱线用于本发明的情况下，它们可以含有由不同聚合物例如两种不同的尼龙聚合物、两种不同的聚酯，或者尼龙聚合物和聚酯制备的长丝。用于进料纱线中的不同聚合物应该相容，以使得它们粘结在一起并且可以共纺。为了该目的，它们应该具有类似的热响应和功能纺丝黏度，或者具有一些特定相互作用例如化学相互作用。在另一个实施方案中，也可以使用包含具有不同结构的长丝的进料纱线，例如双组分和/或双组成长丝。双组分长丝具有一个或多个明显不同的结构区域例如壳/核结构，而双组成长丝特征在于由其制得长丝的聚合物的更密切共混物，而没有具有任何显著功能效果的可识别的结构区域。在其下可以将不同聚合物用于进料纱线中的重量百分比可以显著变化，但通常约80/20-约20/80，并且优选约70/30-约30/70。
进料纱线中的双组分长丝可以例如由高度弹性(或“软”)的芯层聚合物例如Lycra弹性体制备，和由在纺丝方法期间连接成“翼”或纵向肋骨的非弹性(“硬”)聚合物制备。在纺丝之后，可以通过热将长丝的潜在弹性活化，这造成软的芯层聚合物比硬的“翼”聚合物更明显地收缩，并且这造成复合结构螺旋盘绕，赋予其螺纹的外观和结构。在纺丝和拉伸之后并且在热处理之前，该长丝结构还具有一些卷曲。
由其可以制得进料纱线中的双组分或双组成长丝的聚合物的其他组合包括：4GT/4GT-4GO聚酯(例如得自DuPont的HYTREL聚酯)和尼龙/PEBAX聚合物(得自DuPont)；或者其中共聚物的一种嵌段与均聚物相同的均聚物/嵌段共聚物对。
除了聚合物选择的差异之外，用于本发明中的进料纱线的差异还可能涉及到一些差异，例如色差和表面处理不同，该表面处理的不同赋予给纱线一些其他的可以用肉眼观察到的视觉特征例如纱线的反射率、吸收率和润湿性的差异。本发明方法提供了一种制造特征在于视觉效果的特殊纱线而不需要涉及到例如在其中必须首先通过切碎(切割)、共混、粗梳、精梳等制备长条的人造短纤维的常规共混中所需的多个步骤的有用的方式。在常规系统中，必须准备大量进料纤维以使得方法值得进行，因为在每一产品进程之后清洗方法设备是非常劳动密集并且耗时的。然而在本发明的方法中，可以以小得多的规模制造例如具有与每一种进料纱线的不同颜色的混色共混纱线产品，因为在实际中除了更换粗纱架中的包之外不需要清理以转换成另一种进料共混物。
本发明中使用的不同进料纱线之间的色差可以包括例如基本非-白色和非-米色变型的两种颜色，尽管一种纱线可以具有白色或米色的颜色并且另一种纱线可以具有显然的非-白色、非-米色的颜色。将这样选择进料纱线的不同颜色：使得纱线产品中两种颜色的组合实现了明显不同于其中一种进料的新颜色。颜色的差异可以根据ASTM标准E-284-05a，Committee E12.01，2005确定和描述，该标准描述了一种基于采用亮度大于90％的白色和米色的亮度测量区分中性色例如白色和米色的方式。其还使得能够通过使用CIELAB单位区分色调和色泽以检测色差，其中这里使用的不同颜色将具有至少2.0的CIELAB单位差值。将其中只有一种纱线具有大于90％的亮度并且纱线具有至少2.0的CIELAB单位色差的两种或多种具有不同颜色的纱线共混制得了具有适宜地与其中一种进料纱线的颜色不同的新颜色的纱线。当将纱线产品进一步制成织物时，该共混色具有轻微的石南花外观。
当在拉伸区的下游端或者在张力控制区的下游端引入另外的进料纱线以在拉断区中与主要的进料纱线一起断裂时，该主要的进料纱线和/或另外的进料纱线可以由选自以下物质的任何一种或多种聚合物制备：尼龙、聚酯、芳纶聚酰胺、含氟聚合物、乙酸酯聚合物或共聚物、丙烯酸系聚合物或共聚物、聚乙缩醛、丙烯酸酯聚合物或共聚物、聚丙烯腈、纤维素聚合物、烯烃聚合物或共聚物、聚酰亚胺、苯乙烯系聚合物或共聚物、醚/酯共聚物、酰胺与醚和/或酯的共聚物、乙烯基聚合物和聚酰亚胺。例如，另外的进料纱线可以由选自芳族聚酰胺聚合物和含氟聚合物的一种或多种聚合物制备，并且可以将另外的进料纱线加入到由选自尼龙、聚丙烯和聚酯的一种或多种聚合物制备的主要进料纱线中。
如上所述，当在凝结区的上游端引入另外的进料纱线时，其不会经受任何拉断。如果该纱线含有任何连续的长丝，则它们将保持它们的连续特征。在凝结区的上游端加入的进料纱线可以由选自以下物质的任何一种或多种聚合物制备：尼龙、聚酯、芳纶聚酰胺、含氟聚合物、乙酸酯聚合物或共聚物、丙烯酸系聚合物或共聚物、聚乙缩醛、丙烯酸酯聚合物或共聚物、聚丙烯腈、纤维素聚合物、烯烃聚合物或共聚物、聚酰亚胺、苯乙烯系聚合物或共聚物、醚/酯共聚物、酰胺与醚和/或酯的共聚物、乙烯基聚合物、聚酰亚胺、聚氨酯、含有聚氨酯嵌段和/或聚合的酯和/或醚嵌段的共聚物、天然纤维、金属纤维或金属丝(例如铜或钢)、玻璃纤维和陶瓷纤维。优选但不要求在凝结区的上游端加入的纱线由与在方法的任何其他阶段加入的纱线不同的材料制备。例如，在凝结区的上游端加入的纱线可以由弹性体或斯潘德克斯型长丝、Lycra弹性体聚合物、具有低弹性的高强度长丝例如由芳纶聚酰胺聚合物制备的那些，或者具有高弹性的长丝例如由2GT[用对苯二甲酸酯化的1，2-乙二醇(或乙二醇)]或3GT[用对苯二甲酸酯化的1，3-丙二醇]聚酯制备的那些制得。当由斯潘德克斯型聚合物制备时，长丝优选具有大于约100％的断裂伸长率和从约50％的延伸率起至少30％的弹性回复率。可以将这些另外的进料纱线加入到由以下聚合物制备的主要进料纱线中：例如尼龙、聚酯、聚丙烯、含氟聚合物或芳族聚酰胺聚合物例如Nomex聚合物[由间苯二酰氯和甲基亚苯基二胺制备的聚合物(得自DuPont)]或Kevlar聚合物[由间苯二酰氯和甲基亚苯基二胺制备的聚合物(得自DuPont)]。
实施例
如下所述，通过一系列实施例阐述本发明的有利效果。实施例所基于的本发明实施方案仅仅是说明性的，并不限制所附权利要求的范围。
采用标准Uster UT-3纱线测试仪(Uster Technologies AG，ZellwegerUster，Uster Switzerland)按照由生产商推荐的方法在根据本发明方法制备的4个短纤维纱样品(实施例1-4)上进行就均匀度和频繁出现纱疵而言的均匀性测试。在该均匀性测试中，使纱线在两个平行的电容器极板之间通过，并且纱线质量的变化引起极板间空气介电的变化，引起来自传感器的电信号成比例地变化。同样采用Uster TensoJet在同一纱线样品上进行纱线强度的测试。
在此测试的实施例1-4的纱线各自由三个部分拉伸的聚酯长丝纱进料包制得，其中每一长丝具有255的旦尼尔并且每一纱线包含约200根长丝。在拉断区长度约1 6英寸的本发明装置上使用该进料纱线制造短纤维纱产品。通过其制造每一短纤维纱的操作条件概述于表I中。
纱线均匀性测试结果示于表II中，纱线强度测试结果示于表III中，并且实施例1-4的纱线的质量均匀性光谱图分别示于图2-5中。在表II中，CVm是质量变化系数，其表示在质量平均值周围纱线中的变化量。其通过将标准偏差除以平均值并且乘以100而获得，并且被表示为离平均值的百分比偏差。在表II中示出了数目为50％的薄的位置一其中纱线的质量与平均纱线质量相比减少50％或更多的位置，和数目为50％的厚的位置一其中纱线的质量与平均纱线质量相比增加50％或更多的位置；照这样有数目为280％的Neps—其中纱线质量与平均纱线质量相比增加280％或更多的位置。在表II和III中，纱线数目以Nec-Number English Cotton表示，其是每磅纱线中840码长度的数目。在表III中，tex是以1千米纱线计的克数。
表I
实施例 拉伸区中的辊速比 拉伸辊温度(℃) 张力控制比 拉断区比例 凝结区比例 输出速度(m/min)
1 2.0 220 1.02 2.20 1.01 703
2 2.0 220 1.00 2.20 1.01 703
3 2.0 220 0.995 2.20 1.01 703
4 2.0 220 0.990 2.20 1.01 703
表II
在Uster Tester3上测试的纱线均匀度
实施例 CVm(％) 最终纱线数目(Nec) 薄的位置(-50％/1000码) 厚的位置(+50％/1000码) Neps(+280％/1000码)
1 10.45 31.82 0 5 8
2 10.05 31.31 0 1 3
3 10.5 31.05 0 0 6
4 10.48 30.96 2 3 11
表III
在设置为500的Uster TensoJet上测试的纱线强度
  实施例   平均数目(Nec)   平均断裂力(cN)   平均伸长率(％)   平均韧度(cN/tex)
  1   31.82   376.4   5.27   20.28
  2   31.31   351.0   5.33   18.61
  3   31.05   333.3   5.35   17.52
  4   30.96   330.0   5.40   17.3
由均匀长度的人造短纤维制得的纱线的质量均匀性波长光谱具有与由变化的即分散长度的纤维制得的纱线不同的外观。然而在每一情形中，即使对于完全无规纤维排列的理想纱线而言在光谱曲线形状中也有界限分明的峰。可以用数学方法由纤维长度分布测定理想纱线的光谱曲线。同样，曲线的峰具有这样的数学关系：重均纤维长度为由相等长度的纤维组成的纱线的重均纤维长度的2.7倍；并且约为由不相等或分散长度的纤维组成的纱线的重均纤维长度的约2.8倍。这些数学关系可用于迅速和容易地确定任何短纤维纱的重均纤维长度，由此消除了纱线中单根纤维的困难并且费时的测量的必要。
图2-5示出了根据本发明制造的多种聚酯纱线的光谱。可以看出每一曲线的主峰全部小于约16英寸。因此可以由数学模型确定这些纱线中的重均纤维长度小于6英寸。实施例1和2的光谱在约3.6英寸具有轻微的下降，这是显著比例的纤维约为该长度的标志。通过比较，由于约1英寸或更小的短纤维长度，常规的短人造短纤维纱在小于0.1码(3.6″)下具有峰。采用例如由Gilhaus描述的常规多区拉断方法制造的典型长的人造短纤维包括羊毛或合成纤维具有约0.25码(9″)的光谱峰，这对应于约3英寸的平均纤维长度。因此，当与采用单个拉断区方法而没有受益于张力控制区而制造的纱线相比，本发明纱线中的较短纤维在凝结纱线中提供了大量纤维端。
因此明显看出，根据本发明提供的将长丝纱(包含连续长丝)拉断以形成人造短纤维(包含不连续长丝)并且将这些人造短纤维凝结成短纤维纱的方法完全满足上文中所述的目的和优点。尽管已经结合其的特定实施方案描述了本发明，但显然许多选择方案、改进和改变对于本领域那些技术人员而言将是明显的。因此，本发明意在包括所有这些落入附属的权利要求的精神和范围内的选择方案、改进和改变。
上面提及的每一专利或其他出版物以其的整体引入作为本发明的一部分用于所有目的。

Claims (15)

1.一种由长丝纱制造短纤维纱的方法，其包括：
(a)使长丝纱经受一定量的张力，在该张力下纱线中的长丝被拉伸，
(b)使纱线经受一定量的张力，在该张力下纱线中的长丝不再被进一步拉伸并且不断裂，
(c)使纱线经受一定量的张力，在该张力下纱线中的长丝断裂形成人造短纤维，和
(d)将该人造短纤维凝结形成短纤维纱。
2.权利要求1的方法，其中长丝纱在步骤(a)中拉伸之前不被拉伸。
3.权利要求1的方法，其中长丝纱在步骤(a)中拉伸之前被部分拉伸。
4.权利要求1的方法，其中长丝纱由选自聚酯、聚酰胺和聚丙烯的一种或多种聚合物制备。
5.权利要求1的方法，其进一步包括以下步骤：将连续的长丝和/或凝结的短纤维纱加入到由步骤(c)形成的人造短纤维中，并且在步骤(d)中使该连续的长丝和/或凝结的短纤维纱与人造短纤维一起凝结形成短纤维纱。
6.权利要求5的方法，其中凝结的短纤维纱由选自聚合物、金属、玻璃和天然纤维的一种或多种材料制备。
7.权利要求1的方法，其进一步包括以下步骤：将完全拉伸的长丝纱作为第二种纱线加入到在步骤(a)中拉伸的作为第一种纱线的纱线中，并且在步骤(b)中使该第一种和第二种纱线一起经受张力。
8.权利要求7的方法，其中第二种纱线由选自聚酯、聚酰胺、聚丙烯、芳族聚酰胺、乙酸酯和再生纤维素的一种或多种材料制备。
9.权利要求1的方法，其中在步骤(b)中使长丝纱经受比其在步骤(a)中经受的更小量的张力。
10.权利要求1的方法，其中在步骤(b)中使长丝纱经受与其在步骤(a)中经受的相同量的张力。
11.权利要求1的方法，其中在步骤(b)中使长丝纱经受比其在步骤(a)中经受的更大量的张力。
12.一种用于由长丝纱制造短纤维纱的纺丝装置，其包括：
(a)拉伸区，在其中使纱线经受一定量的张力，在该张力下纱线中的长丝被拉伸，
(b)张力控制区，所述长丝纱从拉伸区通入其中，在其中使纱线经受一定量的张力，在该张力下纱线中的长丝不再被进一步拉伸并且不断裂，
(c)拉断区，所述长丝纱从张力控制区通入其中，在其中使纱线经受一定量的张力，在该张力下纱线中的长丝断裂形成人造短纤维，和
(d)凝结区，所述人造短纤维从拉断区通入其中，在其中使人造短纤维凝结形成短纤维纱。
13.一种包含人造短纤维的短纤维纱，其中该人造短纤维具有小于约6英寸的重均纤维长度，和小于1英寸至约25英寸的纤维长度分布。
14.权利要求13的纱线，其中超过50％的人造短纤维具有重均纤维长度的约0.5-约1.5倍的长度。
15.权利要求13的纱线，其进一步包含连续的长丝。
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