CN1021979C - 具有高强度和拉伸均匀性的长丝及纺和拉伸类似物的方法和设备 - Google Patents

Abstract

取向的热塑性单丝，在强度标准偏差小于0.25时，强度约大于7.5g/d，还公开了制造这种单丝的方法，该方法包括：二步拉伸，总的拉伸比至少在5.5倍以上，在水骤冷之后，单丝与导辊和包括喂给辊的表面接触，在和上述辊和表面接触以前，向单丝表面提供水。为达到要求的拉伸比，公开的装置包括有第一和第二变向辊，其第一和第二变向辊的表面与纤维接触的包角为约75～200°。

Description

本发明是1988年7月15日申请的申请号为07/220043发明专利申请的后续申请。

本发明是关于一种高旦尼尔的热塑性单丝，具体地说，本发明是关于具有高强度/高结节强度和高拉伸均匀性的高旦尼尔的热塑性单丝，和制备这种单长丝的方法及设备。

us·pat，No：4，009，511和4，056，652在这里可结合参考，它们公开了高旦尼尔聚酰胺单丝及其制备方法。这个方法包括纺丝、聚冷和拉伸一种高旦尼尔的聚酰胺长丝几个步骤，在第一、第二拉伸阶段中，总拉伸比至少为5.5倍。在第一次拉伸阶段中，将单丝置于一蒸汽环境中，在此单丝被拉伸，其拉伸比至少为3.5倍。在第二次拉伸阶段中，单丝在一辐射加热区内被拉伸，其拉伸比至少为1.3倍。在us，pat，No，4，009，511和4，056，652中公开了一种单丝的生产方法，该单丝有一没有取向的表面层，表层取向较芯孔小。该单丝的折射系数n11小于1.567，而该单丝芯的折射系数n11大于1.57。

然而，所公开的方法生产的高强度和高结节强度单丝，其拉伸均匀性不如某些最终用途所希望的那么高。而且us，pat    4，009，511和4，056，652的方法不适合以高的加工速度生产不同旦尼尔的单丝。

本发明的目的是提供一个改进的方法，包括：纺丝、水骤冷和拉伸一种高旦尼尔热塑性单丝等几个步骤，在第一次、第二次拉伸步骤中，总拉伸比至少为5.5倍。在一高温蒸汽加热区域内，进行骤冷后长丝的第一拉伸，在一辐射加热的加热区域内，进行第二次拉伸。

本发明方法的一种改进是：在单丝与导杆的表面例如喂给辊接触之前，将水喷在单丝的表面，水量至少为单丝重量的10%（wt）。较好的是，通过调节长丝骤冷后所带的残余水来提供给单丝。更好的是，在单丝通过喂给辊之后，进入汽蒸器之前，将另外的水喷在单丝上，水量为干单丝重量的5%wt。通过将工艺作这方法的改进，就能有效地使单丝的拉伸均匀性得到明显地提高。

本发明方法的另一种改进是：调节在汽蒸器前的骤冷长丝的温度，使之与预定的第一次拉伸比相一致（即能进行预定拉伸比的拉伸）。将第一次拉伸的拉伸点放在喂给辊之后和进入由汽蒸器产生的高温蒸汽加热区之前的一个位置上。较好地是，在高温区之前，汽蒸器内有一个较低温的蒸汽环境的蒸汽膨胀区，并且将拉伸点放在蒸汽膨胀区内，或刚好在该区的前头。在本发明的一个较好的实施方法中，通过调节单丝在骤冷浴中的停留时间，来控制骤冷后长丝的温度。在拉伸点，不用或最好用水施加于单丝表面，提供给单丝的水量至少为5%wt。根据本发明控制并保持拉伸点位置，就能使产品有最佳的强度，结节强度和拉伸均匀性，而且这种改进，还能连续地加工，生产量超过35磅/英寸。

本发明的另一改进是：汽蒸器有入口和出口密封环，以容许单丝进出汽蒸器和使高温蒸汽加热区的蒸汽损失为最小。在从出口密封环出去之前，将单丝表面冷却。较好的是，在单丝从出口密封环出去之前，使单丝通过一水浴来使单丝表面冷却，这样就能使长丝的机械损失降至最低，由此提高了产品的均匀性。

本发明方法的另一个改进是：在提供的方法中，在第二次拉伸步骤中，控制单丝被拉伸的形状，同时接受辐射加热。根据本发明，在第二次拉伸阶段，将单丝向前运动，至少一次通过辐射加热的加热区。在第一次通过辐射加热区之前，单丝同变向辊接触，从第一通道穿过加热区。在第一次通过之后，单丝从变向辊决定的第二通道经过，单丝同变向辊表面间的包角为75～200°之间。控制第一、第二变向辊的速率，因此当单丝通过各个辊时，就使单丝的张力得到增加。

本发明方法的一个改进是：改进了第二次拉伸，在单丝通过变向辊定的第二个通道时、单丝向前第二次通过辐射加热区，连续进行二次通过，就能使单丝的芯温得到增加。这个方法也包括，在第二次通过之后，单丝同第三个变向辊接触，并从第三个通道通过，单丝同第三个变向辊表面间的包角为75～200°。控制第三个变向辊的速度，因此当长丝通过第三个变向辊定的第三通道时，就使单丝的张力得到增加。

本发明方法的另一改进是：改进了第二次拉伸，包括在单丝通过第三个变向辊后，继续向前，第三次通过辐射加热区，连续进行第二次和第三次通过，就能使单丝的芯温得到增加。在第三次通过之后，将单丝进一步地同第四个变向辊接触，并经过第四个变向辊决定的第四个通道，单丝同变向辊表面的包角为75～200°，控制第四个变向辊的速率，因此当长丝通过变向辊定的第四个通道后，就使单丝的张力得到增加。

本发明的另一改进是：改进了第二次拉伸，控制第一变向辊的速率，在长丝向前第一次进入辐射 加热区时期，实际上未对长丝进行拉伸。

本发明进一步提供了用于连续拉伸纤维的设备，包括供至少一个辐射加热区用的加热器。该加热区辐射加热连续的纤维和一种推进装置，以便推进纤维并使其至少一次通过加热区。该推进装置包括最初的辊装置和最后的辊装置，和至少第一和第二变向辊，最后的辊装置以大于最初辊装置的速度推进纤维，这就决定了装置的拉伸比，第一和第二变向辊决定了纤维第一次通过辐射加热区的路径，和上述的第一和第二变向辊的表面与纤维间的夹角为75-200°，控制第一、二变向辊的速度，较好地是通过液压马达/泵来控制，因此，当纤维向前通过每个变向辊后，纤维的拉力就得到了增加。

根据本发明，提供的取向的热塑性聚合物的单丝具有1000以上的旦尼尔，强度约大于7.5g/d，强度的标准偏差约小于0.25，模量约大于45g/d，较好地是，热塑性聚合物是聚酰胺，单丝的强度约大于8.0g/d，而强度的标准偏差约小于0.15。

通过参考附图，可以更好地理解本发明。

图1所示的说明了生产本发明的高旦尼尔热塑性单丝的方法;

图2是用于本发明的第二拉伸阶段的较好的装置的部分视图，其中，单丝被四次辐射加热;

图3是如图2所示的连续的单丝一次通过一个辐射加热通道的路径示意图;

图4是如图2所示的连续的单丝二次通过一个辐射加热通道的路径示意图;

图5是如图2所示的连续的单丝三次通过一个辐射加热通道的路径示意图;

图6是图示了在一个理想的第二拉伸阶段中，拉伸与单丝芯温度的关系;

图7图示在骤冷浴中浸入的单丝长度和强度的关系图;

图8表示强度和从喂给辊起到拉伸点的距离的关系图;和

图9a和9b是本发明的较好的单丝的截面剖视图。

用于本发明的聚合物包括各种热塑性聚合物和共聚物包括聚酰胺类，聚酯类，聚烯烃类等等。一般来说，高粘度的聚合物（例如：特性粘度大于0.7的聚酯类和RV大于50的聚酰胺类）能用于生产本发明的高强度和高耐磨性的工业长丝，适宜的聚酰胺包括聚-（六甲撑己二酰胺），（尼龙-6），聚-（四亚甲基己二酰二胺）等等和它们的共聚物，适宜的聚酯包括聚-（对苯二酸乙酯）（2G-T），聚（对苯二酸丙酯），聚-（对苯二酸丁酯），聚-（对苯二酸丁酯），聚-（萘酸乙酯2.6），聚-（1.4环己二甲醇对苯二酸酯）和它们的共聚物。适宜的聚烯烃类包括，聚乙烯，聚丙烯，聚丁烯等和它们的共聚物，本方法最适宜用聚酰胺类纺丝和拉伸，最适宜生产尼龙6-6和尼龙6单长丝的生产。

现在参看图1，它描述了本发明的一个较好的方法，热塑性聚合物通过纺丝头10熔纺，例如：该纺丝头具有一相对大的圆形、非圆形或矩形的纺丝孔，当然，熔化温度要与被纺丝的聚合物相适宜，例如：对尼龙6-6和2G-T来说，熔化温度为270-295℃是适宜的，图1中标号12的单丝经过在喷丝头下的空隙13被拉伸，然后在水温低于50℃的骤冷浴14中骤冷，在长丝进入骤冷浴14之前，空隙13的长度大约在20-40英寸之间，在空隙和骤冷浴中，通过调节空隙的距离使拉力减到最小，以便在单丝定向拉长以前，使单丝表面的正双折射和取向性的发展减到最小。然而，拉力不能太小，应足以保证在骤冷浴中丝线的稳定性。

在离开骤冷浴14后，在单丝与一些表面如喂给辊或其它的表面接触之前，单丝带以其干重量计，重于10%重量的水，较好的是，单丝与由标号16所示的空气喷嘴相遇，在此调节单丝表面上的骤冷水量。最好是，单丝表面所带的水量约在10%-25%之间（以干单丝重量计）。

然后，湿的长丝向前到拉辊18，在此控制纺时和向前通过骤冷浴14时长丝上的拉力，然后，单丝向前通过预拉伸辊20和喂给辊22，采用预拉伸辊来提高单丝的拉力，从而使单丝稳定地供到喂给辊上。

单丝至少在二次拉伸阶段中被拉伸，在下文将详细描述第二次拉伸阶段，在第一次拉伸阶段中，单丝的拉伸比至少为3.0倍。

根据本发明，在第一次拉伸阶段的拉伸点上，单丝应该是湿润的，以使单丝具有最佳的拉伸性能，通常，在常规的纺丝湿度时，单丝由拉辊、预拉伸辊和喂给辊推动运行时，留在单丝上的大部分 骤冷水被排除，因此，在本发明的较好方式中，控制第一次拉伸阶段中拉伸点的位置，将在下文加以描述、在单丝进入汽蒸室26之前，在加水位置24上将水加上，采用呢绒芯，来加以干单丝重量计大约5%以上的水。较好地是，加入的水量大约在5%-20%之间进一步地，如果水是均匀地施加，例如按计量施加水，或施加过量的水，然后改变单丝的方向，结果过量的水就被抛出，在单丝上留下均匀的水。

可以相信，在第一次拉伸阶段的拉伸点上湿润的长丝具有的优点是由于在拉伸点，吸收的水份进入到表面，当拉伸点在汽蒸室前面，而单丝是干的时候。可以相信，对吸收来说，由于水分缺乏或不足，单丝就较脆，纤维的延伸率较低，且强度也较差，在拉伸点，单丝上的水量应当均匀，且在5%以上，较好地是约在5%-20%之间，以千长丝的重量计。

在第一次拉伸阶段中，单丝在汽蒸室26中经受高温蒸汽的作用。第一次拉伸步骤的条件是这样选择的。在拉伸过程中，从蒸汽得到的热量有助于长丝的芯产生取向作用。此外，当长丝被拉伸时，蒸汽基本上没有取向作用，而且进一步水化单丝的表面，以阻止在表面上分子取向或双折射的发展，确定的第一次拉伸的那些条件要与特定的聚合物的性质一致。对于尼龙6-6，在汽蒸室26中蒸汽的压力通常约为80-170Psig，蒸汽的湿度为40%，温度为120℃过热蒸汽。

在本发明的方法中，在第一次拉伸步骤中，用蒸汽室26中的压缩汽蒸室23来提供一个高温蒸汽加热区，压缩汽蒸室23有一个较大的外壳该外壳有一入口密封圈25和出口密封圈27，它们使箱中的压力损失降至最低，同时允许单丝12进入室23，并且在另一端为单丝提供一个出口，较好的是，汽蒸室26在每一端也有一个独立的室，即分别为进口和出口的蒸汽膨胀区29和31，并与真空系统相连接（没示出）。为这些室设置的带孔的密封圈比密封圈25和27稍大，以便单丝进、出该汽蒸器，膨胀区的主要目的是阻止蒸汽通过密封圈25和27泄漏而进入厂区。然而，在汽蒸器中，需被汽蒸的单丝从较低温度的蒸汽环境中进入膨胀区29。

由于单丝的表面在高温蒸汽加热区被加热到110℃以上，当它从汽蒸器26出来时，就很可能变形。因此，当它从汽蒸器26出来与出口密封圈27接触时，单丝就有损伤的可能性。根据本发明，单丝在从汽蒸器的出口密封圈27出来之前，单丝表面先被冷却到低于110℃。较好地是，这可以如图1所示的使单丝通过设置在汽蒸器26的室23内的水浴28来实现，水浴具有低于80℃的温度是有利的，在较佳的实施例中，水浴28设置在室23内靠近出口密封圈27处，因此，在水浴后，单丝仅短暂地暴露在室23的高温蒸汽中，且基本上不再加热，因此，水浴28实际上有效地用作高温蒸汽加热区的尾端。

根据本发明的方法，在进入汽蒸器26之前控制骤冷长丝的温度，使之与预定的拉伸比一致，因此，把第一次拉伸步骤的拉伸点放在喂给辊之后和单丝离开汽蒸器26的高温蒸汽加热区之前的一个位置上（进入水浴28之前）。较好地是，拉伸点放在喂给辊之后和汽蒸器的高温加热区之前，如图8所示，拉伸点的最佳位置是在进入汽蒸器26的蒸汽膨胀区29内或刚好在蒸汽膨胀区29的前头。

根据本发明控制拉伸点的位置，实际上能改善单丝的强度，如果长丝太热和拉伸点移到喂给辊22处，强度可能降低到1-2gpd那么多，结节强度降低至2-4gpd。同样，如果拉伸点移到水浴28处，在拉伸时单丝被过度冷却。拉伸性能将受到不利的影响，尽管将拉伸点放在汽蒸器的高温区能获得好的性质。但是，可以相信，由于吸收了太多蒸汽进入了表面。因此，所得的强度就比拉伸点放在高温区前面所得到的低。

较好地是，通过调节单丝在骤冷浴14的滞留时间来调节骤冷后长丝的温度。例如通过增加或减少在骤冷浴内的通过路径来控制。如图1所示，并参看图7，这可以通过在骤冷浴内提供变向点15来实现，该变向点是可以移动的，当该方法进行时，将其放在骤冷浴中的不同深度，就可以增加或减少在骤冷浴中的穿行路径，因此，就增加或减少了在该浴内的停留时间，在此，可以调整由于不同类聚合物所给拉伸点带来的影响。此外，对选择和/或控制骤冷浴的温度以调节骤冷后长丝的温度，也是有利的，在本发明的一最佳实施方式中，当该方法在稳定条件下操作时，骤冷水温度控制为 ±0.5℃，在骤冷水中长丝浸入路径的长度控制在±2″（5.1cm）间。

如果拉伸点的位置放在汽蒸器的膨胀区的外面的话，那么就可以目测地监控、如果拉伸点在汽蒸器的里面，无论它是在膨胀区还是不在膨胀区，都可以通过测定流入汽蒸器的蒸汽流量来进行控制。如果拉伸点在膨胀区里面，蒸汽流量将比在高温区里面大，理由是，因为单丝的直径降低，将允许更多的蒸汽在入口密封圈处泄漏。

在从汽蒸器26出来之后，空气汽提器30将除去单丝表面上的大部分的水，留下的水量小于2%。

在从汽蒸器26出来和进入汽提器30之后，然后将单丝12与第一次阶段的拉伸辊32接触。在第一次拉伸阶段中的拉伸量由与喂给辊22有关的第一次阶段的拉伸辊的速度决定。第一次的拉伸辊32最好被加热以利于预热单丝进行第二次步骤的拉伸。加热的拉伸辊使能够用较短的路径长度通过第二步骤加热器成为可能。并能较好地控制第二步骤的拉伸，对于尼龙6-6，辊加热到110-160℃，较好地是约140℃。

从第一阶段的拉伸辊32，单丝12向前进入一设置在第二次拉伸步骤的辐射加热器34。在第二次拉伸步骤中，辐射加热包括使用一个加热器34，该加热器的温度和长丝在内部停留时间要同单丝聚合物相一致，对于尼龙6-6，暴露时间的温度700℃-1300℃，因此，长丝的表面温度需保持在所采用的聚合物的熔点至少10℃以下。

在本发明的方法中，第二阶段拉伸是这样进行的，再参看图1，和参看由于第二阶段拉伸的由图2-5所示的较佳装置，在加热器中长丝至少一次通过加热区，通过一组控制速度变向辊（如图1中元件36所示）来使长丝多次通过辐射加热区。

现在更详细地参看图2，它示出了在本发明中长丝四次通过加热器34，这个较佳的装置包括由标号36a至36g表示的一组变向辊，所有的变向辊的轴基本上互相平行，且都套上了轴承，以便旋转。

控制变向辊36a至36d的速度，因此，单丝上的拉力随单丝向前通过这些变向辊中的每一个而增加，在所描述的较佳的实施例中，辊36a至36d分别联结到液压马达/泵38a至38d上，它们用作辊的制动器，当单丝向前通过每个辊时，由此提高了单丝上的拉力，这可以将阀40a至40d同液压马达联结来适当地完成。阀40a至40d联结到标号42所示的控制装置上，并由其控制。在36a至36d的每个辊上设置转速计，例如通过齿轮传动的转速表44a至44d和邻近的转速表46a至46d、控制装置42，可以是一模拟控制器，或一数字控制器，从转速表46a至46d中收集转速讯号，并能开动联结到液压马达/泵38a至38d的阀门，以预定的方法分别控制变向辊36a至36d的速度，如果需要，辊36e可以是一个控制速度的辊，可以理解，除液压马达/泵以外的装置也可以用来控制变向辊的速度。例如，同步电动机，磨擦制动器和其它的能用来通过加热器的控制速度的辊。

在图2所描述的装置中，单丝共四次通过加热器34，分别用标号ab，bc，cd和de标示，辊36a～36d的表面和长丝的包角为75°～200°。因此，与辊接触的长丝的速度可由辊的速度来控制，而在没与辊接触之前的时间内基本上处于冷却单丝芯温时期，将变向辊安于最靠近加热器。因此，长丝在加热器外面的时间是有限的，因此，在每次通过加热器后，长丝的芯温增加。

再参看图1，在第二次拉伸中，总的拉伸由与第一阶段拉伸辊32有关的一对第二阶段拉伸辊48的速度决定。然而，如图2所示，在第二阶段拉伸中，在每次通过加热器34时，拉伸量由辊的速度来决定。这些辊的速度是预定的由控制装置42来控制，例如：在通道ab的拉伸量可以通过变向辊36a和36b之间的速度比率来决定，在通道bc的拉伸量由辊36b和36c决定，通道cd的拉伸量由辊36c和36d决定，通道de的拉伸量由辊36d和第二阶段的拉伸辊48决定。较好的是，辊36a的速度与第一阶段拉伸辊32有关，因此，单丝在进入加热器34之前，没有受到明显的拉伸，以保证拉伸点在加热器内。

现在参看图3、4和5，它描述了本发明提供的可以使用的方法。在这个方法中，对于生产不同类型的单丝，单丝须经过1、2、3或4个如图2中描述的通道才能获得所需的拉伸外形，图3描述了采用辊36a和36b的穿过加热器的一个通道ab，它适用于充分加热过的而不用多个通道的单 丝纤维，图4描述了二个通道ab和bc省略了辊36d和36e并采用了如图2所示的空转辊36f。图5描述了三通道ab、bc和cd省略了辊36e和空转辊36f，其中穿行路线为从辊36d直接到空转辊36g。

在图2中描述的第二阶段拉伸装置能够控制第二阶段的温度和拉伸外形，例如对于尼龙6-6的最佳的第二阶段拉伸是总拉伸比不超过4，长丝芯的温度比其发生分子晶形转变的温度高，例如，由三斜晶系向六方晶形转变被认为在140-160℃时发生。低于这个温度时，如果拉伸比超过4.0倍、分子链将断裂，因为这种三斜晶系的分子之间的键比与降低分子量、强度和纤维抗疲劳性能有关的碳-碳链键大，在拉伸时，在临界点，图2的设备也使表面温度高于芯温成为可能。在第二阶段拉伸中，长丝的表面温度应当使单丝表面的取向性损失很多，而在第二阶段拉伸期间，正好使之变细。这就得到所希望的基本上在单丝上没有取向的皮层并得到好的结节强度，对橡胶的粘合性和抗挠曲疲劳性，由拉伸而产生这种变细时的温度，可以由在第一阶段汽蒸器中发生水合作用的表面聚合物的量来决定，例如：在本方法中，对于尼龙6-6，220℃的表面温度足够产生所希望的低的表面取向性。

图6描述了一种理想的第二阶段拉伸曲线图（拉伸与长丝温度的关系）其说明了在本方法中产生所希望的单丝性质和使单丝的断裂降至最低。使用本发明的方法及装置，在低温及高温时，接近理想拉伸，拉伸很小，在中间温度时，拉伸很大。由于对第二阶段拉伸能够提供更实际的控制，因此，在本发明的方法中，最好选择多个通道穿过辐射加热区，最佳的是使用三个通道。

根据本发明，使用的第二次拉伸设备具有多面性，能产生多种不同旦的长丝，在不同工艺速度时，用相同的设备来对产品提供最佳的拉伸。本发明的方法和设备避免使用分开的拉伸阶段，这样分开的拉伸阶段，实际上同阶段间单丝的冷却相伴随，并且增加了单丝损伤的机会。

现在再参看图1，从第二阶段拉伸辊48出来的单丝，通过张力松驰辊50出来后打卷成长丝卷52。

根据本发明的方法生产的单丝在拉伸性能和拉伸均匀性方面都超过了已公开的us    pat    4009511和4056652所描述的长丝，而且本发明的方法还可以以高的生产量和/或较高的纺丝速度生产这样的单丝。在本发明的一个较佳的方式中，聚合物纺成长丝的生产率大于16kg（35磅）/时。

通过采用本发明的方法，所产生的本发明的单丝，在高的拉伸均匀性，即偏差小于0.25时，强度大于7.5g/d。较好的是，在聚酰胺单丝中，在标准偏差小于0.15时，强度约大于8.0g/d，单丝的模量约在45g/d以上，而当用聚酰胺生产单丝时，较好的是大约在50g/d以上。单丝的韧度约大于0.5g-cm/旦尼尔-cm，单丝的结节强度在标准偏差小于0.6时，大约在5.0g/d以上，此外，当本发明的方法用于以大于35磅/时丝线的生产率和/或以1200rpm或更高的生产速度生产1000-12000旦尼尔的单丝时，这些性能都可以达到。

用本发明的方法生产出的单丝具有各种各样的截面形状，参看图9a-9b所描述的本发明的较佳的单丝110a-110b，这些单丝为宽厚比大于20的椭圆截面，且宽度大约大于1.22/（密度）

，所谓“椭圆形”是指延伸的截面形状的某一变化。它可以由9a-9b所示的矩形112来限制，它的密度（主要尺寸），在附图中用“X”表示且比用“Y”表示的它的厚度（主要尺寸）大。

较好地是，本发明单丝的截面有如图9a所示的非圆形，即为带圆形角的或半圆形端面的一般的矩形截面，因此，可用一非圆形或方形喷丝头纺丝生产。根据挤压出的聚合物的粘度，得到的单丝的截面与喷丝头的截面相比可能稍有改变，并假设有一些椭圆形特征，且“平的”区域可能有些凸起，正如在这里作为单丝的横截面，非圆形表示非圆形横截面或近似于非圆形的横截面，其它较好的实施例包括图9b所示的椭圆形截面的单丝。

在截面为椭圆形的较好的单丝中，单丝的宽厚比，即围成矩形的宽X除以厚Y约大于2.0，虽然本发明的优点随着宽厚比增加到2.0以上才能被逐渐地认识，但是对单丝来说，实际的上限是最终在橡胶制品中的应用，在一固定区域内，当相邻帘线需要的间隔足够大时，例如35%时，对于橡胶制品，帘线和橡胶间就没有足够的支撑，因此，橡胶制品（如轮胎，就出现损伤。再者，若宽厚比变得很大（像膜一样的长丝），较高的剪切力和弯曲应力将最终的使长丝折断和劈裂，同时，本发明的 单丝的宽厚比一般取大约不超过20。

本发明较好的单丝的宽度（mm）大约大于1.22/（密度） 1/2 ，（在这里用密度表示）。本文中用g/cc表示，对聚-（六甲撑己二酰胺和聚cε-己酰胺）聚酰胺，密度在1.13-1.14范围内，对聚（对苯二酸乙酯）聚酯，密度在1.38-1.41范围内，因此，聚酰胺和聚酯单丝的宽度分别约大于1.15mm和1.03mm，比这些宽度大的本发明的单丝可以以更高的生产率制造。同时也降低了在织物中单丝的支数，由此降低了在使用中的费用。通过制造较宽的长丝不增加厚度，增加产品的旦尼尔来得到较高的制造生产率，令人惊奇的是，本发明的较好的单丝可以以某种速度进行纺丝，骤冷和拉伸，这仅取决于它们的厚度，因此，与同厚度的窄长丝相比，较宽的长丝磅/时/丝条的生产率要高，现在已经发现，高生产率和对消费者的利益高度负责的最好结合的本发明的单丝的宽度为（mm）要大于1.22/（密度）

。

本发明的单丝的旦尼尔大约在1000以上，可以是12000那么大或更大，大约大于2000旦尼尔的单丝是较好的。

在本发明的方法中生产的单丝有一不取向的表面层，这对聚酰胺来说大约是3-15微米厚水平折射系数n11小于1.567，芯的水平折射系数n11大于1.57。由于不取向表面层对橡胶有好的粘合性，因此，单丝是最适合在橡胶方面应用。

本发明还用下面的一些例子来说明，其中报告的一些结果都是通过下述的试验方法来测定的。

试验方法

条件：本发明的高旦尼尔的单丝需要用10天的时间暴露在大气中，才能使其的湿度与大气环境湿度相一致，在下面所描述的长丝试验中，各种品种的暴露时间均不能小于达到和环境湿度相一致的暴露时间，例如：约0.012″厚的2000旦尼尔的单丝大约要用3天时间才达到平衡，但是约0.018″厚的6000旦尼尔的长丝要用5天，所要求的时间的实际长短取决于单丝的厚度，在一些例子中所报告的单丝的性能是在纺丝后经过24小时平衡后测量的，对在权利要求中所列出的长丝的一些性能，是在水份完全平衡时测量的（旦尼尔的两次测量是在相隔24小时后进行的）。

相对粘度：聚酰胺的相对粘度指的是在25℃时用毛细管粘度计测得的浴液的溶剂粘度的比率。溶剂是含10%（wt）水的甲酸，溶液是溶在溶剂中的8.4%（wt）的聚酰胺聚合物的溶液。

宽度和厚度：宽度和厚度是用Starrett    Model    T22数字测径器或等效的仪器测量，对宽度的测量，最常规的是把单丝对折成“V”形，并同时测量“V”形的两边。一定把“V”形的顶点刚好放在测量区域的外边，这种技术保证单丝在测量仪器的两面之间不倾斜，避免得到一个偏低的读数。

旦尼尔，将单丝的相对湿度调整到55±2%并且在温度为75±2°F的一个期间内打捆，当单丝从制备起已放置10天以上时，这个期间通常为24小时内，称9米的单丝样品，旦尼尔用9000米样品重多少克来表示。

拉伸性能：在进行初纺单丝的拉伸试验之前，调湿单丝，以便在一最短的特定期间内，在相对湿度为55±2%和温度为75±2°F时打捆。当长丝从纺成起已放置10天以上时，这个期间通常为24小时内，使用Instron装置记录调湿了的单丝的应力/应变特征。用至少维持在40Psig压力的空气一活动型4-DInstron钳夹紧样品，拉伸样品直到断裂，同时连续地记录单丝由于应力的作用产生的应变，初始的长度为10英寸。十字头速度保持恒定的6英寸/分钟，在样品断裂前，所加的负荷，是最大的断裂强度。用磅或公斤表示。

用断裂强度除以旦尼尔来计算强度（在校正长丝的粘合力之后），并用克/旦尼尔（g/d）表示。

当样品断裂时，伸长是样品的应变。

模量是拉力应变曲线的起始直线部分的切线的斜率乘以100并除以没浸没的旦尼尔数，通常所记录的模量至少小于2%应变。

结节强度的测量与直线拉伸性测量方式相同，除了在单丝中在样品头上系结，其在待试样品的大约中点处外。样品头上的结是通过联结单丝的一段而成并大约在这单丝的中点处，由于卷紧后的单丝松开后有一些弯曲，在分开的样品中所系的结有这种弯曲和抗这种弯曲，因此取两者的平均值。

韧度是在应力应变曲线下的面积除以Instron量规测出的长度和校正后的旦尼尔值来测定。

例1

本例是描述用本发明的较好的方法制备旦尼尔 值为3000的聚六甲撑己二酰胺单丝。

在一连续的聚合釜中制备高质量的聚六甲撑己二酰胺聚合物，其相对粘度为70，通过一非圆形（带形角的矩形2.79×9.65mm）的喷丝头以48磅/英寸的速度挤压成单丝，单丝垂直向下通过一26 英寸的空隙（67.3cm），然后在22℃的水中骤冷，在水中滞留距离为137英寸（348cm）。在水中骤冷之后，在长丝上所带的骤冷水量通过调节空气喷嘴中的空气流速来控制，因此长丝表面上的水量为10～25%（以千丝的重量计）。然后将湿长丝依次向前到以214.6ypm（196.2mpm）的牵引辊，以214，8ypm（196.4mpm）的预拉辊，和以218ypm（199.3mpm）的喂给辊。在喂给辊后，通过将长丝同含水的毡相接触，来将另外的水加到单丝上。呢毡的供水速度是0.8加仑/英寸（加13%的水，以单丝的干重为基础）。然后单丝向前进入49cm长的汽蒸器，在那里用压力为137psig（178℃）的饱和蒸汽处理。在进入汽蒸器之前，单丝同变向辊接触，在那里，将单丝上的水量均匀地降低至15%，该汽蒸器有入口和出口蒸汽膨胀室，并与一真空源相连，以防止蒸汽泄漏到厂区。

虽然仍在汽蒸器中，但是在高压蒸汽室的出口端附近，单丝向前运行通过一大约长3cm温度为60℃的水浴，该水浴中水以约4加仑/小时的速度流动。在离开汽蒸器之前，单丝的表面在水浴中冷却，以避免长丝被汽蒸器的出口密封环擦伤，然后单丝向前到一空气汽提器，在这里，从长丝中除去大部分的表面水，留下的水量为小于2%（以干长丝的重量计）。然后单丝向前到加热到142℃的第一阶段拉伸辊，该辊以814ypm（744mpm）的速度转动，在这些条件下，将拉伸点刚好在入口膨胀区上，汽蒸器的入口密封圈前。

然后，长丝向前，来回三次（如图2所示）通过平均温度大约为870℃，长度为50英寸，127cm长的辐射加热器，单丝的路径如图5所示。控制每一次通过的拉伸量，相应地提高了长丝的温度，通过仔细地控制供每一次穿过加热器用的变向辊的速度。变向辊又是拉伸辊，在这里速度通过限定安装在辊轴上的液压泵的排出流速来控制。因此，在通道1之前的辊速是844ypm（772mpm）（通道1之前单丝上的拉力是4000克），通道2前的辊速是1038ypm（949mpm），通道3前是1110ypm（1015mpm），在通道3后是1225ypm（1120mpm，拉力近10400g）。然后单丝向前到第三阶段约以1250ypm（1143mpm）辊速运行的拉伸辊，让下面的辊以1227ypm（1122mpm）的辊速运行和卷紧成捆，卷紧成捆的拉力大约是500g，并整理成良好的捆形。

本方法所制得的产品是一非圆形截面的单丝，其旦尼尔值为3000，条件性能如表1所示。

例二

在本例中描述了用本发明的方法制备的近4000旦尼尔的聚六甲撑己二酰胺单丝，这个例子描述了在喂给辊后（参见部分Ⅰ），对单丝另外喷水，得到了改进的拉伸性能，在表面向导辊接触之前（参见部分Ⅱ），向单丝表面提供水得到了改进的性能，在从汽蒸器出来之前，冷却单丝得到了改进的性能（参见部分Ⅲ）。部分Ⅳ说明了在第一次拉伸阶段中，在不同位置控制拉伸点，部分Ⅴ说明了在第二阶段拉伸中，改变拉伸外形。

高质量的聚六甲撑聚合物是在一连续聚合釜中制备的，其相对粘度为70，并通过一非圆形喷丝头（带圆角的矩形2.79×9.65mm）以38.8磅/英寸（17.6kg/英寸）挤压成长丝，长丝垂直向下通过-28

英寸（71.8cm）的空隙，在22℃的水中骤冷，在水中的距离为123.5英寸（313.7cm）。骤冷后，通过调节空气喷嘴的空气流速来调整残留在长丝上带的骤冷水量，结果在长丝表面上的水量为10～25%之间（以千单丝的重量计）。然后湿长丝向前依次到牵引辊（以130.6ypm即119.4mpm）预拉辊（以131.5ypm即120.25mpm），和喂给辊（以133.1ypm即122.7mpm），在喂给辊后，通过将长丝同呢绒毡接触，来将水加到单丝上，呢绒毡供水速度是0.8加仑/英寸（加12.9%的水，以千单丝的重量计）。然后长丝向前进入一长49cm的汽蒸器，在那里用压力为140psig1180℃）的饱和蒸汽处理。在进入汽蒸器之前，单丝同变向辊接触，汽蒸器将单丝上的水量降至相对均匀的值-15%，该汽蒸器有入口和出口蒸汽膨胀室，并与一真空源相连，以防止蒸汽泄漏到厂区。

虽然仍在汽蒸器中，但是在高压蒸汽室的出口端附近，单丝向前运行通过约3cm长温度约为60℃的水浴，该水浴中水以4加仑/时的速度流动。在离开汽蒸器之前，单丝表面在水浴中冷却， 以避免长丝被汽蒸器的出口密封圈擦伤，然后单丝向前到一空气汽提器，在那里除去长丝表面上多余水，使其小于290（以千长丝的重量计）。然后单丝向前到第一阶段加热到142℃的拉伸辊，并以496.4ypm（453.9mpm）辊速运行。在这些条件下，拉伸点是在汽蒸器的入口蒸汽膨胀区。

然后长丝向前，来回三次（如图2所示）通过一辐射加热器，该加热器约50英寸（127cm）长，平均温度约为870℃，单丝的路径如图5所示，拉到第一次通过的拉伸量，相应地长丝的温度得到提高，通过仔细地控制供每一次穿过加热器用的变向辊的速度。在这里，变向辊为拉伸辊，通过限制安装在辊轴上的液压泵的排出流速来控制速度。因此，在通道1前的辊速是为515ypm（471.2mpm），拉力为5300g，通道2前辊速是592ypm（541.5mpm），通道3前，辊速为738ypm（674.8mpm）（拉力近13800g）。然后单丝向前到第二阶段以750ypm（685.8mpm），辊速运行的拉伸辊，让下面的辊以736ypm，（673mpm）辊速运行并卷紧成捆，卷紧的拉力约为750g，整理成好的捆形。

用本发明的方法生产出的产品是旦尼尔值为4000的非圆形截面的单丝，条件性能如表1表示。

例2的部分Ⅰ

旦尼尔为4000的聚六甲撑己二酰胺单丝，如例2制得，除了在喂给辊后不使用附加水外，在骤冷后长丝上的水约为20%（以千长丝的重量计）。单丝的性能在表1列出，并示出了强度方面的标准偏差较例2大。

例2的部分Ⅱ

通过例2的方法制备的旦尼尔为4000的聚六甲撑己二酰胺单丝，除了在离开骤冷水浴后，没有水离开长丝和在喂给辊后，什么也没有施加之外。一空气喷射汽提器和毡用来基发上去除骤冷后的水份，纱线不是以所有表面均接触导辊，性能在表1列出，显然直线和结节处的拉伸性能低例2的差。而且，与例2相比，拉伸值的标准偏差（sigma）却很高。

例2的部分Ⅲ

如例2的方法制备单丝，但在单丝从汽蒸器的高压区出来之前，不用水冷却，单丝的性能在表Ⅰ列出，直线强度和特别是结节的强度却由于从汽蒸器出来之前缺乏冷却产生不利的影响。而且，如果不如水冷却，材料会沉积在出口密封圈上，这些沉积物使长丝受到机械损伤和拉伸性能降低。

例2的部分Ⅳ

如A-H表示的单丝，通过调节单丝在骤冷浴中的长度来控制停留时间。从而影响第一阶段拉伸的拉伸点控制，如采用例2中描述的方法，除了长丝在骤冷浴内的路径从115英寸改变到155英寸外，其余相同，得到的长丝的强度和浸入单丝的长度的函数关系标绘在图7中，图8是强度与从喂给辊起的拉伸点的距离的关系曲线图。

此外，在如例2的一个延长的期间制备了如G和H等同的单丝，只是单丝的浸入长度分别为121和135英寸，这些单丝产品的拉伸性能在表2中列出。

在骤冷浴中浸入长度为115～155英寸时，单丝A-H的强度分别在9.2-9.8g/d之间。可是，在最佳的骤冷长度约为121-128英寸时，长丝的强度有最大值，大约为9.7-9.8g/d，在此值时拉伸的拉伸点位于汽蒸器的高压、高温蒸汽加热区内（在汽蒸器的进口蒸汽膨胀区内或刚好在汽蒸器的进口蒸汽膨胀区前。

例2的部分Ⅴ

如例2的方法制备单丝，除了改变在第二阶段拉伸的辐射加热器中变向辊的速度外，其余相同，正如在表3中所列出的，并有两个条件：（A）使拉伸在辐射加热器前部发生和（B）、使拉伸在辐射加热区的后部发生，这两种情况得到的结果如表3所示，控制在例2中说明的辐射加热器内的变向辊的速度，结果使在每条通道内拉伸的增量与在那条通道内长丝达到最大的强度的温度的升高相一致。

例3

本例描述了根据本发明的方法以高的生产率制备近8000旦尼尔，且宽厚比为3.9的聚六甲撑己酰胺单丝。

高质量的聚六甲撑己二酰胺聚合物是在一连续聚合物室内制备，且相对粘度为70，并通过一非圆形喷丝头（带圆形角的矩形3.18×14.4mm）以75磅/英寸（34.1kg/英寸）的速度挤压成长丝，垂直向下通过一28

英寸（71.8cm）的空 隙，然后在22℃的水浴中通过大约174英寸（441cm）的距离来达到骤冷，在水骤冷之后，通过调节空气喷射泵中空气流速来调整残留在长丝的骤冷水量，结果长丝表面上的水量是在10～25%之间，（以千单丝的重量计）。然后湿的单丝向前依次到牵拉辊以128.8ypm（117.7mpm），预拉辊以128.9ypm（117.8mpm）和喂给辊以131ypm（120mpm）。在喂给辊后，通过与呢绒毡接触，呢毡以0.8加仑/英寸（13%的水，以千长丝的重量计）的速度将水加到单丝上，然后长丝向前进入一长49cm的汽蒸器，并用压力为145psig（182℃）的饱和蒸汽处理。在进入汽蒸器之前，将单丝同变向辊接触，把单丝上的水降低至相对均匀的值约为15%，该汽蒸器有入口和出口蒸汽膨胀区，并与一真空泵系统联结，以阻止蒸汽泄漏到厂区。

虽然仍在汽蒸器内，但是在出口端附近，单丝运行通过一约3cm长的且温度约为60℃的水浴、该水浴中的水以4加仑/英寸的速度流动。在离开汽蒸器之前，将单丝的表面冷却到约低于110℃。然后，单丝向前到一汽提器，从长丝上除去多余表面水，使其值＜2%（以千长丝重量计）。单丝继续向前到加热到146℃的第一阶段拉伸辊。并以499ypm（454ypm）的辊速运行。在这些条件下，拉伸点是在汽蒸器的蒸汽膨胀区内。

然后，长丝来回三次通过一约50英寸（127cm）长（每条通道）且平均温度约为870℃的辐射加热器，以如下的方式控制变向辊的速度，通道一前，辊速为506ypm（463mpm），通道2前，辊速为579ypm（532mpm），通道3前，辊速为660ypm，（609mpm）和在通道3后，辊速为735ypm（672mpn）。然后，单丝向前到第二阶段拉伸辊，以辊速约为750ypm（686mpm）运行，使后面的辊速约为737ypm（673mpm），并卷紧成捆，卷紧时张力约为850g，并整理成好的捆形。

本方法的产品有一非圆形的截面，旦尼尔值为8000的单丝，24小时的条件性能在表4中列出。

（表1、2、3、4见文后）

表1

条件    例1    例2    例2部分Ⅰ

在骤冷浴和喂    在骤冷浴和喂    在骤冷水浴和

给辊之后将    给辊之后将    喂给辊之后不

10～25%的    10～25%的    加10～25%的

水加到长丝上    水加到长丝上    水到长丝上

光滑导辊    光滑导辊    光滑导辊

旦尼尔    3000    4000    4000

（正常值）

速度ypm    1250    750    750

直线强度gpd    9.25    9.23    9.20

标准偏差    0.12    0.12    0.21

（直线强度）

结节强度gpd    6.0    6.0    6.1

标准偏差    0.50    0.61    0.46

（结节强度）

（续）表1

条件    例2部分Ⅱ    例2部分Ⅲ

在骤冷水浴和喂给辊    在汽蒸器

之后不加10～25%的水    没有水浴

到长丝上

光滑导辊    光滑导辊

旦尼尔（正常值）    4000    4000

速度ypm    750    750

直线强度gpd    8.85    9.1

标准偏差（直线强度）    0.4    0.5（n＝8）

结节强度gpd    4.8    4.8

标准偏差（结节强度）    1.35    1.4（n＝8）

表2

单丝    G    H

旦尼尔    3987    3981

直线强度gpd    9.8    9.4

直线拉伸率%    18.3    17.9

结节强度gpd    6.6    6.5

结节拉伸率%    14.0    13.7

表3

改变第二阶段拉伸外形的效果

辊速    例2    部分VA    部分VB

第一阶段辊ypm    488.2    488.2    488.2

第二阶段辊ypm    750    750    750

S-1液压辊ypm    507.8    545.7    489.2

S-2液压辊ypm    542.1    582.7    522.1

S-3液压辊ypm    668.7    719.5    643.2

单丝性能

直线强度GPD    9.35    9.0    9.0

直线E-BRK%    18.65    18.5    18.9

结节强度GPD    5.85    5.2    5.85

结节E-BRK%    12.85    11.6    12.65

表4

强度（gpd）    8.6

标准偏差（n＝10）    0.22

结节强度（gpd）    5.4

模量（gpd）    51.0

宽厚比    3.9

截面    非圆形

Claims (18)

1、一种包括纺丝过程、骤冷过程以及至少在第一次和第二次拉伸步骤中拉伸高旦尼尔热塑性单丝的方法，在第一次拉伸步骤中骤冷过的单丝向前通过一有高温蒸汽的汽蒸器，并在第二次拉伸步骤中通过一辐射加热器加热区，总的拉伸比至少在5.5倍以上，在水骤冷之后，单丝与导辊和包括喂给辊的表面接触，此后，进入汽蒸器中，其特征是：

在和上述的导辊和表面接触以前，向单丝表面提供水，其水量至少为10%(以干单丝的重量计)。

2、权利要求1的方法，其中在上述单丝上的水量大约在10～25%之间（以干单丝的重量计）。

3、如权利要求1的方法，其中在完成向单丝供水过程中，可调节残留在长丝上的骤冷水。

4、如权利要求3的方法，其中通过将喷射的空气引向单丝来调节长丝所带的残留骤冷水，以进行长丝上残留骤冷水的调节。

5、如权利要求1的方法，还包括在单丝向前通过喂给辊之后和进入汽蒸器之前，把附加水加到单丝上，其量约为5%（以干单丝重量计）。

6、如权利要求1的方法，还包括在单丝向前通过喂给辊之后和进入汽蒸器之前，把附加水加到单丝上，其量约在5～20%之间（以干单丝的重量计）。

7、如权利要求6的方法，其中上述量的水是均匀地施加到单丝上。

8、如权利要求1的方法，其中单丝的旦尼尔在大约1000旦尼尔以上。

9、用于拉伸连续纤维的设备，包括：为辐射加热该连续纤维提供至少一个加热区的加热器装置;

用于推进纤维使纤维至少第一次通过该加热区的推进装置，该推进装置包括起始辊装置和终止辊装置，上述终止辊装置以高于起始辊装置的速率推进上述纤维，以使设备产生拉伸比，其特征在于：

至少有第一和第二变向辊，所述第一和第二变向辊确定纤维穿过所述辐射加热区的所述第一次通过的路径，所述第一和第二变向辊的表面与纤维接触的包角为约75-200°;

用于控制上述第一及第二个变向辊速率的装置，使得纤维向前通过上述每一个变向辊时，在纤维上的拉力随之增加。

10、如权利要求9的设备，其中所述的推进装置还包括第三个变向辊，它与上述第二个变向辊一起，确定纤维第二次通过辐射加热器的路径，因此，从第一次通过到第二次通过，纤维的温度得到升高，上述第三个变向辊的表面与通过的纤维接触的包角为约75-200°，上述设备还包括控制第三个变向辊速率的装置，当纤维向前通过第三个变向辊时，施加到纤维上的拉力随之增加。

11、如权利要求10的设备，其中所述的推进装置还包括第四个变向辊，它和第三个变向辊一起确定纤维第三次通过辐射加热器的路径，因此从第二次通过到第三次通过，纤维的温度得以升高，上述第四个变向辊的表面与通过的纤维接触的包角为约75-200°，上述的设备还包括控制第四个变向辊速率的装置，当纤维向前通过第四个变向辊时，旋加到纤维上的拉力随之增加。

12、如权利要求9-11中任一项的设备，其中用于控制上述各变向辊速率的装置是联接于每个辊上的液压马达和（或）泵。

13、一种取向的热塑性聚合物单丝，其旦尼尔大于约1000，强度大于约1.5g/d，强度的标准偏差小于约0.25，并且模量大于约45g/d。

14、如权利要求13的单丝，其中所述热塑性聚合物是聚酰胺。

15、如权利要求13的单丝，具有宽厚比大于2.0的椭圆形截面，宽度（用mm表示）大于约1.22/（密度）1/2。

16、如权利要求14的单丝，其强度大于约8.0g/d，并且强度的标准偏差小于约0.15。

17、如权利要求14的单丝，其中所述聚酰胺是聚六亚甲基己二酰胺。

18、如权利要求13的单丝，其韧度大于约0.5g-cm/旦尼尔-cm。

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