CN102639766A - 海洋聚酯纱线及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在深海中开发油田的石油勘探船锚定的海洋聚酯纱线及其制备方法，具体而言，涉及一种用油成分对聚酯纤维进行表面处理而制得的海洋聚酯纱线，该海洋聚酯纱线在根据美国材料与试验协会的ASTM D885法的循环负荷试验中具有预定范围内的功恢复或蠕变率。与已知的钢丝绳相比，本发明的海洋聚酯纱线是轻质纤维绳，从而可以被方便地使用。同时，所述海洋聚酯纱线在机械强度、耐磨性和形状稳定性方面优异，从而可以长时间用作海洋纱线。

Description

海洋聚酯纱线及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于在深海中开发油田的石油勘探船锚定的海洋聚酯纱线，及其制备方法。
背景技术
一般而言，海洋纱线用于在深海中开发油田的石油勘探船的锚定。
以前通常使用钢丝绳，但当在深度超过2,000m的深海中使用时，钢丝绳的重量产生很多问题。
另外，通常要求用于在深海中开发油田的石油勘探船的锚定的钢丝绳在海水中具有4年的保修期(life guarantee)(35,000小时)。当在海水中长时间使用时，钢丝绳暴露在腐蚀性环境中，海洋环境(例如海水或沙子)有时候会造成金属的磨损。在许多情形中，由于海水的腐蚀和磨损，钢丝绳可在2～3年内断线。因此，需要更换绳索，所以保修期不能得到保证。因此，额外要求昂贵的抗腐蚀涂覆工序。
为了解决这些问题，已经用具有高强度和优异形状稳定性的轻质纤维绳替代钢丝绳。然而，与钢丝绳相比，已知的纤维绳可能由于环境变化引起的摩擦热而导致局部断裂，且该纤维绳的长期使用可能导致完全断裂，从而导致高风险的状况。
特别是，当已知的纤维绳在海水中长时间地使用约5~10年时，存在由于连续的环境运动(例如潮汐流)而增加绳索疲劳的问题，并且出现纤维变形，从而显著降低机械强度(例如产品强度)。
因此，需要开发一种海洋纤维纱线的制备方法，该海洋纤维纱线使由于环境变化引起的摩擦热最小化，以防止例如局部断裂的损伤，同时对纤维纱线提供优异的耐磨性、机械强度和形状稳定性，以即使长时间使用也能防止强度的降低。
发明内容
技术问题
本发明的一个方面是提供一种即使长时间浸渍在海水中仍具有优异的耐磨性、机械强度和形状稳定性的海洋聚酯纱线，及其制备方法。
技术方案
本发明提供了一种通过用油成分对聚酯纤维进行表面处理而制得的海洋聚酯纱线，其中，当将所述纱线固定以具有1.4m的起始长度并在该纱线50%断裂强度的负荷下保持24小时，由下面等式1定义的蠕变率是9%或小于9%；
[等式1]
蠕变率=(L-L0)/L0 X 100
其中，L是在负荷下保持24小时之后的变形长度，和
L0是1.4m的纱线起始长度。
本发明还提供了一种通过用油成分对聚酯纤维进行表面处理而制得的海洋聚酯纱线，其中，当根据美国材料与试验协会的ASTM D885法在3.5g/d的负荷下进行5～10次循环负荷试验(cycling test)时，由下面等式2定义的功恢复是55%或大于55%，当根据美国材料与试验协会的ASTM D885法在6.5g/d的负荷下进行5～10次循环负荷试验时，由下面等式2定义的功恢复是50%或大于50%；
[等式2]
功恢复(%)=W2/W1×100
其中，W1是根据美国材料与试验协会的ASTM D885法在循环负荷试验中，在伸长过程中所做的总功，和
W2是根据美国材料与试验协会的ASTM D885法在循环负荷试验中，在恢复过程中返回的功。
本发明还提供了一种制备海洋聚酯纱线的方法，包括如下步骤：对聚酯聚合物进行熔融纺丝以制备未拉伸聚酯长丝纱线；用含有聚硅氧烷化合物的油组合物对所述未拉伸聚酯长丝纱线进行表面处理；和在70～250°C的热处理条件下对所述未拉伸聚酯长丝纱线进行拉伸，从而基于表面处理到上述纱线上的油成分的总重量含有40重量%或大于40重量%的聚硅氧烷化合物。
附图说明
图1是图示说明根据本发明的一个实施方案的海洋聚酯纱线的制备方法的示意图；
图2是显示根据本发明的一个实施方案的海洋聚酯纱线的循环负荷试验结果的曲线图；
图3是根据本发明的一个实施方案的纱线-对-纱线耐磨性试验设备的示意图；
图4是根据本发明的一个实施方案用于测试蠕变率所用的蠕变测试仪的原理图；
图5是根据本发明的一个实施方案用于测量功恢复的设备的示意图；
图6是显示根据本发明实施例4的纱线-对-纱线耐磨性试验结果的照片；和
图7是显示根据本发明对比例1的纱线-对-纱线耐磨性试验结果的照片。
具体实施方式
在下文中，更详细地说明根据本发明的实施方案的海洋聚酯纱线及其制备方法。然而，下文仅用于理解本发明而本发明的范围不限于此或被其限制，且在本发明的范围内可以对实施方案做出各种修改，这对相关领域技术人员来说是显而易见的。
另外，“包括”或“包含”是指包括任何组分(或成分)而无特别限制，除非在本说明书中对它们有特别提及，并且它们不能解释成排除加入其它组分(或成分)的含义。
为了开发具有优异的耐磨性、机械强度和形状稳定性的海洋聚酯纱线，本发明的特征在于：通过用油成分对聚酯纤维进行表面处理，确保聚酯纱线的蠕变率或功恢复在最佳范围内。
本发明的海洋聚酯纱线的蠕变率可以由下面等式1定义，当将样品固定以具有1.4m的起始长度L0并在所述纱线50%断裂强度的负荷下保持24小时，所述聚酯纱线的蠕变率是9%或小于9%；
[等式1]
蠕变率=(L-L0)/L0 X 100
其中，L是纱线保持24小时后的长度，和L0是当样品固定在蠕变试验仪中时1.4m的纱线起始长度。
此处，所述纱线的断裂强度根据ASTM D 2256法进行测量，且可以为15kgf～25kgf，优选为17kgf～21kgf，且更优选为18kgf～20kgf。特别是，如果使用2,000旦尼尔的纱线，该纱线50%断裂强度的负荷可以为6kg～12kg，优选为8kg～10kg，且更优选为9kg。
当本发明的聚酯纱线放置24小时后，具有9%或小于9%或者0～9%、优选6%或小于6%或者2%～6%、且更优选5%或小于5%或者3%～5%的低蠕变率，从而在负荷变化下显示出较小的变形和优异的形状稳定性。因此，即使所述聚酯纱线长时间浸渍在海水中并暴露在例如潮汐流的环境变化中，也几乎不发生产品的变形。由于优异的形状稳定性，所以当用作海洋纱线时，所述聚酯纱线使强度的降低最小化并且可以有效使用约5~10年的长时间。
另外，本发明的海洋聚酯纱线的功恢复(能量恢复)可以由下面等式2定义，当根据美国材料与试验协会的ASTM D885法在3.5和6.5g/d的负荷下进行5～10次循环负荷试验时，该聚酯纱线的功恢复(能量恢复)分别为55%或大于55%和50%或大于50%。
[等式2]
功恢复(%)=W2/W1×100
其中，
W1是根据美国材料与试验协会的ASTM D885法在循环负荷试验中，在伸长过程中所做的总功，和
W2是根据美国材料与试验协会的ASTM D885法在循环负荷试验中，在恢复过程中返回的功。
具体地，在本发明的一个优选实施方案中，如显示循环负荷试验结果的负荷对伸长的曲线图的图2，等式2的功恢复可以由当最初的纱线延伸至预定负荷时所做的功W1和当在循环负荷之后除去所施加的预定负荷时的恢复过程中返回的功W2来计算。
当根据美国材料与试验协会的ASTM D885法在3.5和6.5g/d的负荷下在室温下(25℃)下利用万能拉伸试验机进行5～10次循环负荷试验时，本发明的聚酯纱线分别具有55%或大于55%和50%或大于50%的由等式2定义的功恢复。即，当在3.5g/d的负荷下进行测量时，所述聚酯纱线的功恢复(能量恢复)可以为55%或大于55%，或者为55%～95%，且优选为60%或大于60%，或者为60%～95%。另外，当在6.5g/d的负荷下进行测量时，所述聚酯纱线的功恢复(能量恢复)可以为50%或大于50%，或者为50%～90%，且优选为55%或大于55%，或者为55%～90%。本发明的聚酯纱线具有高的功恢复值，因此在负荷变化下显示出较小的变形和优异的形状稳定性。因此，即使所述聚酯纱线长时间浸渍在海水中并且暴露在例如潮汐流的环境变化中，也几乎不发生产品的变形。由于优异的形状稳定性，所以用作海洋纱线时，本发明的聚酯纱线使强度的降低最小化并且可以有效使用约5~10年的长时间。
当在2.0g/d的负荷下进行测量时，所述聚酯纱线的功恢复可以为75%或大于75%，或者为75%～96%，且优选为80%或大于80%，或者为80%～96%。另外，当在8.5g/d的负荷下进行测量时，所述聚酯纱线的功恢复可以为35%或大于35%，或者为35%～85%，且优选为40%或大于40%，或者为40%～85%。
同时，如上所述，本发明的聚酯纱线的特征在于，用油成分对聚酯纤维进行表面处理，以得到长时间要用作海洋成品纱线所需要的优异性能。
此处所用的术语“聚酯纤维”是指由二醇化合物和二羧酸(例如对苯二甲酸)的酯化反应制得的成纤性聚合物，并且相当于用于制备本发明的“海洋聚酯纱线”的基本纤维成分。聚酯具有优异的耐湿性，因此更优选用于制备替代海洋钢丝绳的纤维绳。
本发明的聚酯纤维可以包括任何常用的聚酯纤维，例如，聚对苯二甲酸亚烷基酯，比如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)和聚对苯二甲酸环己二甲酯(polycyclohexanedimethylene terephthalate)(PCT)，或包括聚对苯二甲酸亚烷基酯作为主要成分的共聚酯。尤其是，就例如强度和伸长率的物理性能而言，聚对苯二甲酸乙二醇酯更优选用于海洋纱线。
所述聚酯纤维的特性粘度可以为8.0～1.20dl/g，且优选为0.90～1.05dl/g，就高强度而言，优选特性粘度在上述范围内。
此外，此处所用的术语“油成分”是指所有通过与聚酯表面的物理或化学结合使表面-润滑效果最大化的成分。根据本发明优选的实施方案，所述油成分可以包括，例如，聚硅氧烷化合物、乳化剂和溶剂。
特别是，所述油成分可以仅由聚硅氧烷化合物和乳化剂组成，或者仅由聚硅氧烷化合物组成。即，这意味着所述油成分包含聚硅氧烷化合物，仅该聚硅氧烷化合物作为实际赋予聚酯表面润滑性的主要成分，而不包含其它润滑剂。就这一点而言，为了改善聚硅氧烷化合物的处理性能，可以还包含乳化剂，但实际上不包含其它成分。然而，可以包含少量溶剂，即，基于油成分的总重量，包含1重量%或小于1重量%，只要在处理过程中作为残留杂质检测不到该溶剂。
本发明人的实验结果显示出，与包含其它润滑剂或抗静电剂、抗氧化剂/防老化剂的油成分进行表面处理的其它聚酯纱线相比，在用于聚酯纤维的表面处理的油成分中仅使用聚硅氧烷化合物作为润滑剂，从而提供了优异的耐磨性、形状稳定性和机械强度。
在本发明中，所述油成分的特征在于，基于最终的聚酯纱线中的油成分的总重量，该油成分包含40重量%或大于40重量%的聚硅氧烷化合物，优选包含50重量%或大于50重量%、60重量%或大于60重量%或者70～90重量%的聚硅氧烷化合物。为了对本发明的聚酯纱线提供海洋成品纱线所要求的高强度和优异的蠕变性能以及功恢复，并且为了同时对本发明的聚酯纱线提供适用于长期工作的优异的耐磨性，优选用具有高含量的聚硅氧烷化合物的油成分对所述聚酯纤维进行表面处理。
所述聚硅氧烷化合物没有反应性官能团，从而对纱线的表面提供优异的稳定性和润滑性。特别是，较高含量的聚硅氧烷化合物提供了非常优异的防水性以彻底防止水渗透，并且提供了优异的耐磨性和机械性能。然而，存在这样的问题，即当高含量的聚硅氧烷化合物应用于所述纱线时，粘度增加，从而显著降低可操作性，因此制得的纱线没有均一的质量。如下文所述，当高含量的聚硅氧烷化合物与乳化剂和溶剂一起或仅与溶剂一起应用于所述纱线时，整个工艺的可操作性可以得到改善，并且可以制得具有优异的物理性能的海洋聚酯纱线。
另外，基于所述聚酯纤维的重量，所述油成分中的聚硅氧烷化合物的含量可以是0.5～2.0重量%，且优选0.6～1.1重量%。就耐磨性而言，基于所述聚酯纤维的重量，所述聚硅氧烷化合物的含量优选是0.5重量%或大于0.5重量%。在经济性上，所述聚硅氧烷化合物的含量优选是2.0重量%或小于2.0重量%。
在本发明中，所述聚硅氧烷化合物可以由下面化学通式1表示，且各化合物可以单独或两种或多种组合使用。
[化学通式1]
Figure BDA00001705026000071
其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6和R7彼此相同或不同，且独立地为氢、C1~C20烷基或C1~C20芳基，和
n为1~10,000的整数，且优选为1~5,000的整数。
所述聚硅氧烷化合物的数均分子量可以为10～1,000,000，优选为50～500,000，且更优选为500～500,000。另外，所述硅氧烷化合物的粘度可以为5～35,000cst，优选为50～5,000cst,且更优选为100～500cst。为了确保作为海洋纱线的优异的润滑效果，可以使用数均分子量为10或大于10或粘度为5cst或大于5cst的聚硅氧烷化合物。考虑到增加聚硅氧烷化合物的分子量和粘度会降低其扩散和渗透率，所述数均分子量优选为1,000,000或小于1,000,000，或粘度优选为35,000cst或小于35,000cst。
就这一点而言，聚硅氧烷化合物的粘度可以根据动态粘度测量方法使用Cannon-Fenske型粘度计进行测量。
还可以使用在室温(25℃)下比重为0.950～1.000的聚硅氧烷化合物。
在一个优选的实施方案中，本发明的聚硅氧烷化合物可以具有含1～4个碳原子的烷基作为化学通式1的取代基R4或R5中的至少一个，例如，所述聚硅氧烷化合物可以是选自聚二烷基硅氧烷和聚烷基芳基硅氧烷中的一种或多种。更优选地，本发明的聚硅氧烷化合物可以是选自聚二甲基硅氧烷、聚二乙基硅氧烷和聚甲基苯基硅氧烷中的一种或多种，且就最终产品的质量而言最优选聚二甲基硅氧烷。
另外，本发明的油成分连同所述聚硅氧烷化合物可以还包含乳化剂。乳化剂减少了纱线和金属之间的摩擦系数，且适当地调整了纱线之间的摩擦系数，从而改善了绕丝可操作性和后加工性。纱线之间的高摩擦系数提高了纱线的丰满度，从而在喷气交络工序中提供了良好的均匀性。然而，纱线之间过高的摩擦系数加大了起毛起球和纱线断裂的风险。
在本发明中，基于所述纱线中油成分的总重量，所述乳化剂的含量可以为60重量%或小于60重量%，50重量%或小于50重量%，40重量%或小于40重量%，30重量%或小于30重量%，或者10～30重量%。当乳化剂的含量优选小于上述范围时，所述聚酯纤维用含有高含量的聚硅氧烷化合物的油成分进行表面处理，从而改善了用于海洋纱线制备的工艺的可操作性，同时对最终的海洋纱线产品提供了优异的耐磨性、形状稳定性和机械强度。
考虑到用于聚酯纤维的制备所用的工艺和设备、聚硅氧烷化合物的类型以及溶剂等，可以对所述乳化剂进行选择，且优选非离子型表面活性剂等。
在本发明的一个优选实施方案中，所述乳化剂可以是选自脂肪酸单甘油酯非离子型表面活性剂、脂肪酸聚乙二醇酯非离子型表面活性剂、脂肪酸失水山梨糖醇酯非离子型表面活性剂、脂肪酸蔗糖酯非离子型表面活性剂、脂肪酸烷醇酰胺非离子型表面活性剂和聚乙二醇缩合的非离子型表面活性剂中的一种或多种。此处，所述脂肪酸可以具有8~22个碳原子。
更具体地，所述非离子型表面活性剂可以选自烷基聚亚烷基二醇、烷基芳基聚亚烷基二醇、烷基二甲基胺氧化物、二烷基甲基胺氧化物、烷基酰氨基丙基胺氧化物、烷基葡糖酰胺(alkyl glucamide)、烷基多苷、氧杂烷基化脂肪酸(oxalkylated fatty acid)和烷基胺中。此处，所述烷基可以具有8~22个碳原子。就这一点而言，所述化合物的烷基可以用烯基取代，并且优选具有8~22个碳原子且可以是直链或支链的。所述烷基聚亚烷基二醇优选含有1~20个乙氧基或丙氧基单元。最优选地，所述非离子型表面活性剂可以是烷基二甲基胺氧化物，且所述烷基可以具有8~22个碳原子。
更具体的例子可以包括聚氧乙烯硬脂基醚、聚氧乙烯硬脂基油基醚、聚氧乙烯油基醚、聚氧乙烯十六烷基醚、聚氧乙烯月桂基醚、环氧丙烷/环氧乙烷共聚物单丁基醚、聚氧乙烯双酚A二月桂酸酯、聚氧乙烯双酚A月桂酸酯、聚氧乙烯双酚A二硬脂酸酯、聚氧乙烯双酚A硬脂酸酯、聚氧乙烯双酚A二油酸酯、聚氧乙烯双酚A油酸酯、聚氧乙烯硬脂胺、聚氧乙烯月桂胺、聚氧乙烯油胺、聚氧乙烯油酸酰胺、聚氧乙烯硬脂酸酰胺、聚氧乙烯月桂酸乙醇酰胺、聚氧乙烯油酸乙醇酰胺、聚氧乙烯油酸二乙醇酰胺、二亚乙基三胺油酸酰胺、聚氧丙烯硬脂醚、聚氧丙烯双酚A硬脂酸酯、聚丙烯硬脂胺、聚丙烯油酸酰胺、甘油单烷基化物、甘油三烷基化物、失水山梨糖醇单烷基化物、失水山梨糖醇三烷基化物或蓖麻油等。
另外，本发明提供一种具有优异的耐磨性、形状稳定性和机械强度的海洋聚酯纱线的制备方法。特别是，本发明的制备方法包括如下步骤：对聚酯聚合物进行熔融纺丝以制备未拉伸聚酯长丝纱线；用含有聚硅氧烷化合物的油组合物对所述未拉伸聚酯长丝纱线进行表面处理；和在70～250°C的热处理条件下对所述未拉伸聚酯长丝纱线进行拉伸，从而基于表面处理到所述纱线上的油成分的总重量含有40重量%或大于40重量%的聚硅氧烷化合物。
在下文中，将参照附图详细描述本发明的熔融纺丝和拉伸工序的示例性实施方案，使得这些实施方案可以被本领域技术人员容易地实施。
图1是图示说明本发明的聚酯纱线的制备工艺的示意图。如图1所示的优选的实施方案，对于本发明的海洋聚酯纱线的制备，首先通过喷丝板110由聚酯聚合物制备所述未拉伸聚酯长丝纱线。此时，利用骤冷空气冷却通过喷丝板纺成的熔融聚合物，使用油辊或油喷嘴120将所述油组合物施加于未拉伸长丝纱线，然后使用预交络机130以均匀的气压将施加于未拉伸长丝纱线上的油组合物均匀地分散在该纱线的表面上。此后，通过多步拉伸装置141~146对所述未拉伸纱线进行拉伸。在拉伸工序后，在第二交络机150处以均匀的压力使所述纱线交络，使用卷线机160卷绕，从而制得本发明最终的纱线。
除了包括使用含有聚硅氧烷化合物的油组合物对未拉伸聚酯长丝纱线进行表面处理的步骤之外，本发明的熔融纺丝工序可以根据通常用于聚酯制备的已知方法来进行，且对特别的额外条件不限制。
然而，在本发明的制备方法中，拉伸工序可以在70～250℃、且优选80～230℃的热处理温度下进行。所述拉伸步骤优选在上述热处理温度内进行，以充分除去施加于未拉伸长丝纱线表面的油组合物中不需要的挥发性成分和制得具有高强度和优异的功恢复的拉伸纱线。另外，优选拉伸工序在上述热处理条件下以4～7、且优选5～6.5的高拉伸比进行。但是，当拉伸工序以高拉伸比进行时，可操作性实际上可能降低。因此，拉伸比应该保持在最佳范围内，以保持纱线的优异的功恢复和有效的可操作性。此时，松弛率可以为1%或大于1%，优选为1%～5%，且更优选为1～3%，且卷绕速度可以为2,500m/min或大于2,500m/min，优选为2,500～4,500m/min，且更优选为2,500～3,500m/min。
特别是，本发明的制备方法说明用含有聚硅氧烷化合物的油组合物对未拉伸聚酯长丝纱线进行表面处理，从而制得具有优异的耐磨性、机械强度、蠕变性和功恢复，即优异的形状稳定性的海洋聚酯纱线。
在本发明中，含有所述聚硅氧烷化合物的油成分，即，含有所述聚硅氧烷化合物的纺丝油组合物通过安装额外装置或使用图1所示的已知油辊或油喷嘴120可以被施加于未拉伸聚酯长丝纱线上。
所述油组合物可以是包含仅由聚硅氧烷化合物、乳化剂和溶剂组成的组合物。即，所述油组合物含有实际对聚酯表面提供润滑性的聚硅氧烷化合物作为唯一主要成分，而不包含其它润滑剂。该油组合物可以还包含少量用于使聚硅氧烷化合物溶解在溶剂中的乳化剂，并且除了该组分外不包含其它成分。然而，可以少量地包含其它成分，即，基于组合物的总重量，包含1重量%或小于1重量%的其它成分，只要在处理过程中作为残留杂质检测不到它们。
另外，基于总组合物，所述油组合物可以包含：15～40重量%、优选20～35重量%的聚硅氧烷化合物，10重量%或小于10重量%、且优选1～7重量%或更少的乳化剂，和余量的溶剂，优选60重量%或大于60重量%、且更优选65～85重量%的溶剂。
如上所述，当施加于本发明的海洋聚酯纱线表面的油成分中的聚硅氧烷化合物含量增加时，该海洋纱线具有非常优异的稳定性、润滑性、防水性、耐磨性、机械性能和功恢复性。然而，存在高含量的聚硅氧烷化合物增加粘度，从而显著降低可操作性的问题。因此，当使用根据本发明的预定乳化剂使聚硅氧烷化合物溶解在溶剂中，然后除去溶剂，改善了纱线制备工艺的可操作性，并且由于包含优选40重量%或大于40重量%、且更优选60重量%或大于60重量%的聚硅氧烷化合物的油成分，所以可以制得具有优异的物理性能的海洋聚酯纱线。
在本发明的纺丝油组合物中，聚硅氧烷化合物和乳化剂与如上所述的相同，而溶剂可以考虑用于制备聚酯纤维的工艺和设备、聚硅氧烷化合物和乳化剂的类型来选择。
特别是，所述溶剂可以优选为水，或由石油提取的具有9～13个碳原子的正链烷烃或异链烷烃。如果由石油提取的具有9～13个碳原子的正链烷烃或异链烷烃用作溶剂，则可以使用非离子型表面活性剂作为乳化剂。
优选地，在纱线的制备过程后得到的最终聚酯纱线的油成分中不含所述溶剂。然而，可能留下溶剂的残留，例如，含量为1重量%或小于1重量%，0.5重量%或小于0.5重量%，和0.1重量%或小于0.1重量%。此种情形下，所述海洋纱线也可以长时间浸渍并用于海水中。
在本发明的制备方法中，所述溶剂可以通过对未拉伸长丝纱线进行拉伸的步骤中的热处理工序被充分除去，但如果需要，可以进行额外的干燥步骤以除去溶剂。
同时，为了有效地使用本发明的聚酯纱线作为海洋纤维纱线，应该测量纱线对纱线的耐磨性，以确定当在0.34～0.45g/d的负荷下下摩擦纱线5,000次循环或多于5,000次循环时纱线是否出现断裂，即纱线不发生断裂一直到该纱线被摩擦5,000次循环。具体地，耐磨性优选一直保持到在湿条件下摩擦至少7,000次循环和在干条件下摩擦至少9,000次循环。如果耐磨性不能一直保持到分别在湿条件下摩擦至少7,000次循环和在干条件下摩擦至少9,000次循环，则当用作海洋绳索时，由于环境变化引起的摩擦而出现本发明的聚酯纱线的局部断裂，从而对船或人的生命造成风险。
考虑到作为海洋绳索的安全性，纱线对纱线的耐磨性优选保持尽可能多的次数以确保优异的性能，并且可以典型地分别在湿条件下保持7,000～18,000次循环和在干条件下保持9,000～20,000次循环。
在本发明的一个优选实施方案中，所述纱线对纱线的耐磨性可以使用图3所示的设备进行测量。在该试验设备中，由于齿轮马达240驱动的曲柄210的一次循环，拉伸重锤230通过滑轮221~222上下移动。此时，所述纱线绕着滑轮223移动，测量并记录纱线之间的磨擦次数。另外，在55%～75%的相对湿度和16～25℃下测量干条件下的耐磨性。纱线通过在16～25℃的水中浸渍而被充分浸透后，例如，在水浴中浸渍大约1小时或更长时间，使用上述设备在湿条件下测量纱线对纱线的耐磨性。
本发明的聚酯纱线的优势还在于，它具有高强度、优异的蠕变性和功恢复性，从而当应用于海洋纤维时显示出优异的形状稳定性，并且所述聚酯纱线即使长时间浸渍在海水中也能使例如强度的物理性能的降低最小化。
本发明的聚酯纱线的强度保留率为50%或大于50%，且优选60%或大于60%，该强度保留率是由使用图3所示的试验设备进行1,000次循环的耐磨性试验之前或之后的强度百分比计算的。使用图3所示的试验设备进行1,000次循环的耐磨性试验后得到的纱线具有优异的强度保留率，从而当应用于海洋纤维纱线时显示出优异的性能。
不特别限制除了上述公开之外的其它事项，这是因为它们可以根据本发明的需要而加入或去掉。
如所说明的，本发明提供了一种通过用油成分对聚酯纤维进行表面处理而具有高强度和优异的耐磨性和功恢复性的海洋聚酯纱线，及其制备方法。
由于高强度和优异的耐磨性，所述聚酯纱线使由于环境变化引起的摩擦热最小化。另外，由于优异的蠕变和功恢复性，当所述聚酯纱线长时间用作海洋纤维绳时，该聚酯纱线无局部断裂并显示出优异的机械性能和形状稳定性。
因此，本发明的聚酯纱线可以非常合意地用作海洋纱线。
实施例
在下文中，给出优选的实施例和对比例以理解本发明。然而，下面的实施例仅用于说明本发明，而本发明不限于此或被其限制。
实施例1
将具有1.05g/dL的特性粘度和90重量%或大于90重量%的聚对苯二甲酸乙二醇酯的固相聚合的聚酯切片在280°C或高于280°C下熔融，并通过喷丝板将该熔融的聚酯挤出。在300°C的罩加热器(hood-heater)温度下对挤出的熔融聚酯进行延迟骤冷(delayed quenching)，并利用油辊用含有聚二甲基硅氧烷(数均分子量为100,000，粘度为350cst)的纺丝油成分对骤冷后的聚酯纤维进行表面处理。此时，在纺丝油中含有50重量%的聚二甲基硅氧烷和50重量%作为溶剂的常规纺丝溶剂(正链烷烃)。
经表面处理的聚酯纤维通过预交络机，并在3,000m/min的卷绕速度下通过导丝辊被拉伸。此时，在拉伸工序中溶剂被干燥并除去。
在拉伸工序后，在3.0kg/cm2的气压下通过第二交络机进行经拉伸聚酯纤维的交络，并使用卷绕机进行卷绕，最终制得通过用油成分对聚酯纤维进行表面处理而制得的海洋聚酯纱线。
根据萃取法使用四氯化碳从制得的聚酯纱线中萃取油成分，利用色谱法分析组成。结果，基于油成分的总重量，发现含有95重量%的聚二甲基硅氧烷。
实施例2
除了用含有20重量%的聚二甲基硅氧烷(数均分子量为100,000，粘度为350cst)和80重量%作为溶剂的水的纺丝油成分对聚酯纤维进行表面处理之外，以与实施例1相同的方式制得海洋聚酯纱线。
根据萃取法使用四氯化碳从制得的聚酯纱线中萃取油成分，以色谱法分析组成。结果，基于油成分的总重量，发现含有95重量%的聚二甲基硅氧烷。
实施例3
除了用含有30重量%的聚二甲基硅氧烷(数均分子量为100,000，粘度为350cst)、10重量%的乳化剂和70重量%的常规纺丝溶剂对聚酯纤维进行表面处理之外，以与实施例1相同的方式制得海洋聚酯纱线。
根据萃取法使用四氯化碳从制得的聚酯纱线中萃取油成分，以色谱法分析组成。结果，基于油成分的总重量，发现含有90重量%的聚二甲基硅氧烷和5重量%的乳化剂。
实施例4
除了用含有25重量%的聚二甲基硅氧烷(数均分子量为100,000，粘度为350cst)、5重量%的乳化剂和70重量%的常规纺丝溶剂对聚酯纤维进行表面处理之外，以与实施例1相同的方式制得海洋聚酯纱线。
根据萃取法使用四氯化碳从制得的聚酯纱线中萃取油成分，以色谱法分析组成。结果，基于油成分的总重量，发现含有95重量%的聚二甲基硅氧烷和2重量%的乳化剂。
实施例5
除了用含有20重量%的聚二甲基硅氧烷(数均分子量为100,000，粘度为350cst)、10重量%的乳化剂和70重量%的常规纺丝溶剂对聚酯纤维进行表面处理之外，以与实施例1相同的方式制得海洋聚酯纱线。
根据萃取法使用四氯化碳从制得的聚酯纱线中萃取油成分，以色谱法分析组成。结果，基于油成分的总重量，发现仅含有90重量%的聚二甲基硅氧烷和5重量%的乳化剂。
对比例1
除了用含有代替聚二甲基硅氧烷的30重量%的矿物油和70重量%的常规纺丝溶剂的纺丝油成分对经骤冷的聚酯纤维进行表面处理之外，以与实施例4相同的方式制得海洋聚酯纱线。
根据萃取法使用四氯化碳从制得的聚酯纱线中萃取油成分，以色谱法分析组成。结果，基于油成分的总重量，发现仅含有95重量%的矿物油。
对比例2
除了用含有代替聚二甲基硅氧烷的30重量%的环氧乙烷加成的二醇酯(ethylene oxide-added diol ester)和70重量%的常规纺丝溶剂对经骤冷的聚酯纤维进行表面处理之外，以与实施例4相同的方式制得海洋聚酯纱线。
根据萃取法使用四氯化碳从制得的聚酯纱线中萃取油成分，以色谱法分析组成。结果，基油成分的总重量，发现仅含有95%重量的环氧乙烷加成的二醇酯。
实施例1~5和对比例1~2所用的油成分的组成和如上测得的所制得的聚酯纱线中的油成分的含量如下面表1所示。
[表1]
Figure BDA00001705026000151
由下面的方法测量根据实施例1~5和对比例1~2制得的各聚酯纱线的蠕变率，其结果示于下面表2中。
蠕变率的测量
使用图4所示的蠕变测试仪测量蠕变率。
将50%断裂强度的起始负荷施加于实施例1～5和对比例1～2的聚酯纱线上(起始长度L0=1,400mm)，并使用蠕变测试仪测量长度变化。
[等式1]
蠕变率=(L-L0)/L0 X 100
其中，L是在施加负荷之后的变形长度，和
L0是当样品固定在蠕变测试仪上时1.4m的起始长度。
此时，当通过如下面表2所示改变测量条件来进行拉伸过程时，测量实施例1~5和对比例1~2的各聚酯纱线的蠕变率。
[表2]
Figure BDA00001705026000161
根据下面的方法测量实施例1～5和对比例1～2的各聚酯纱线的功恢复，其结果示于下面表3中。
功恢复的测量
根据美国材料与试验协会的ASTM D885法使用如图5所示的万能拉力试验机(由Instron制造)测量功恢复(能量恢复)。
在3.5g/d和6.5g/d的负荷下在25℃下使用万能拉力试验机对实施例1～5和对比例1～2的聚酯纱线进行5～10次循环负荷试验。然后，测量恢复过程中返回的功和伸长过程中所做的总功，使用测得的值由下面的等式2计算各聚酯纱线的功恢复。
[等式2]
功恢复(%)=W2/W1×100
其中，W1是根据美国材料与试验协会的ASTM D885法在循环负荷试验中，在伸长过程中所做的总功，和
W2是根据美国材料与试验协会的ASTM D885法在循环负荷试验中，在恢复过程中返回的功。
功恢复测量的结果示于下面表3中。
[表3]
Figure BDA00001705026000171
另外，根据下面的方法评价实施例1～5和对比例1～2的各聚酯纱线的物理性能，其结果示于下面表4中。
纱线对纱线的耐磨性的评价
如图3所示，当负荷在曲柄的一次循环中上下移动时，测量并记录移动纤维之间的摩擦次数。在干和湿条件下测量各纱线的耐磨性。所述纱线在55%～75%的相对湿度和16～25℃下干燥大约1小时后，进行干条件下的耐磨性试验。所述纱线通过在16～25℃下的水浴中浸渍大约1小时或更长时间而被充分浸透后，进行湿条件下的耐磨性试验。
在本发明中，通过在700g的负荷下摩擦2,000De纱线直到出现纱线断裂来评价纱线对纱线的耐磨性。
强度保留率
在使用图3的试验设备对实施例1～5和对比例1～2的聚酯纱线进行1,000次循环的耐磨性试验之后收集的纱线的强度保留率，根据ASTM D2256法使用Instron试验机进行测量。
[表4]
Figure BDA00001705026000181
连同物理性能试验的结果，实施例4和对比例1的耐磨性试验的结果分别示于图6和7中。
如表1~4所示，实施例1~5的聚酯纱线(其用根据本发明的含有高含量的聚硅氧烷化合物的油成分表面处理过)显示出比对比例1~2的聚酯纱线(其用常规纤维处理油成分即矿物油或环氧乙烷加成的二醇酯表面处理过)低最多达约4.8%的蠕变率。由于优异的蠕变性，本发明的聚酯纱线在强度和强度保留率方面明显显示出优异的性能。
在3.5g/d和6.5g/d的负荷条件下，实施例1~5的聚酯纱线的功恢复分别为55%或大于55%和50%或大于50%，且它们显示出比对比例1~2的聚酯纱线高25%的功恢复。
另外，实施例1~5的聚酯纱线分别显示出在干条件下7,100次循环～12,235次循环和在湿条件下5,123次循环～9,850次循环的优异的耐磨性。此时，它们还具有75%～85%的非常优异的强度保留率。相反，对比例1~2的聚酯纱线分别显示出在干条件下4,210次循环～4,027次循环和在湿条件下3,258次循环～3,019次循环的非常低的耐磨性。此时，它们具有55%～60%的较低的强度保留率。因此，当它们长时间用作海洋纱线时，由于非常低的机械强度、耐磨性和形状稳定性而可能导致彻底断裂。
特别是，实施例1~5的聚酯纱线显示出比用常规纤维处理油成分即矿物油进行表面处理的对比例1的聚酯纱线高至少1.5倍的耐磨性。而且，用环氧乙烷加成的二醇酯进行表面处理的对比例2的聚酯纱线具有较低的润滑性，从而显示出低的耐磨性。
在图6和7的照片中，用肉眼可以看出纱线的耐磨性。与用矿物油进行表面处理的对比例1的聚酯纱线相比，用根据本发明的聚二甲基硅氧烷进行表面处理的实施例4的聚酯纱线具有更高的表面润滑性，从而显示出非常优异的耐磨性。
就此而言，本发明的聚酯纱线在强度、耐磨性和功恢复性方面优异。因此，与已知的钢丝绳相比，该聚酯纱线是一种轻质的纤维绳，并且可以方便地用作海洋纱线。同时，该聚酯纱线使由于环境变化引起的摩擦热或变形最小化，从而可以长时间使用而无例如局部断裂的损坏。

Claims (25)

1.一种海洋聚酯纱线，该海洋聚酯纱线是用油成分对聚酯纤维进行表面处理而制得的，
其中，当将所述纱线固定以具有1.4m的起始长度并在该纱线50%断裂强度的负荷下保持24小时，由下面等式1定义的蠕变率为9%或小于9%：
[等式1]
蠕变率=(L-L0)/L0 X 100
其中，L是所述纱线在负荷下保持24小时之后的变形长度，和
L0是所述纱线1.4m的起始长度。
2.根据权利要求1所述的海洋聚酯纱线，其中，所述纱线的断裂强度为15kgf～25kgf。
3.一种海洋聚酯纱线，该海洋聚酯纱线是用油成分对聚酯纤维进行表面处理而制得的，
其中，当根据美国材料与试验协会的ASTM D885法在3.5g/d的负荷下进行5～10次循环负荷试验时，由下面等式2定义的功恢复是55%或大于55%，
当根据美国材料与试验协会的ASTM D885法在6.5g/d的负荷下进行5～10次循环负荷试验时，由下面等式2定义的功恢复是50%或大于50%
[等式2]
功恢复(%)=W2/W1×100
其中，W1是根据美国材料与试验协会的ASTM D885法在循环负荷试验中，在伸长过程中所做的总功，和
W2是根据美国材料与试验协会的ASTM D885法在循环负荷试验中，在恢复过程中返回的功。
4.根据权利要求3所述的海洋聚酯纱线，其中，在2.0g/d的负荷下所述功恢复是75%或大于75%。
5.根据权利要求3所述的海洋聚酯纱线，其中，在8.5g/d的负荷下所述功恢复是35%或大于35%。
6.根据权利要求1或3所述的海洋聚酯纱线，其中，基于所述纱线中油成分的总重量，聚硅氧烷化合物的含量为40重量%或大于40重量%。
7.根据权利要求1或3所述的海洋聚酯纱线，其中，所述聚硅氧烷化合物由下面化学通式1表示：
[化学通式1]
Figure FDA00001705025900021
其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6和R7彼此相同或不同，且独立地为氢、C1~C20烷基或C1~C20芳基，和
n是1~10,000的整数。
8.根据权利要求1或3所述的海洋聚酯纱线，其中，所述聚硅氧烷化合物的数均分子量为10～30,000。
9.根据权利要求1或3所述的海洋聚酯纱线，其中，所述聚硅氧烷化合物的粘度为5～35,000cst。
10.根据权利要求7所述的海洋聚酯纱线，其中，所述聚硅氧烷化合物具有含1～4个碳原子的烷基作为R4或R5中的至少一个。
11.根据权利要求7所述的海洋聚酯纱线，其中，所述聚硅氧烷化合物是选自聚二甲基硅氧烷、聚二乙基硅氧烷和聚甲基苯基硅氧烷中的一种或多种。
12.根据权利要求7所述的海洋聚酯纱线，其中，所述油成分还包含乳化剂。
13.根据权利要求12所述的海洋聚酯纱线，其中，基于所述纱线中油成分的总重量，所述乳化剂的含量为60重量%或小于60重量%。
14.根据权利要求12所述的海洋聚酯纱线，其中，所述乳化剂是选自脂肪酸单甘油酯非离子型表面活性剂、脂肪酸聚乙二醇酯非离子型表面活性剂、脂肪酸失水山梨糖醇酯非离子型表面活性剂、脂肪酸蔗糖酯非离子型表面活性剂、脂肪酸烷醇酰胺非离子型表面活性剂和聚乙二醇缩合的非离子型表面活性剂中的一种或多种，并且所述脂肪酸具有8～22个碳原子。
15.根据权利要求12所述的海洋聚酯纱线，其中，所述油成分仅由所述聚硅氧烷化合物和所述乳化剂组成。
16.根据权利要求1或3所述的海洋聚酯纱线，其中，所述油成分仅由聚硅氧烷化合物组成。
17.根据权利要求1或3所述的海洋聚酯纱线，其中，所述聚酯纤维的特性粘度为8.0～1.20dl/g。
18.根据权利要求1或3所述的海洋聚酯纱线，其中，所述聚酯纤维选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯和聚对苯二甲酸环己二甲酯及其共聚酯中。
19.根据权利要求1或3所述的海洋聚酯纱线，其中，所述海洋聚酯纱线具有当该纱线在0.34～0.45g/d的负荷下摩擦5,000次循环以上时表现出纱线断裂的耐磨性。
20.根据权利要求1或3所述的海洋聚酯纱线，其中，当所述海洋聚酯纱线在0.34～0.45g/d的负荷下摩擦1,000次循环以上时，该纱线的强度保留率为50%或大于50%。
21.一种制备海洋聚酯纱线的方法，包括以下步骤：
对聚酯聚合物进行熔融纺丝以制备未拉伸聚酯长丝纱线，
用含有聚硅氧烷化合物的油组合物对所述未拉伸聚酯长丝纱线进行表面处理，和
在70～250°C的热处理条件下对所述未拉伸聚酯长丝纱线进行拉伸，从而基于表面处理到所述纱线上的油成分的总重量，含有40重量%或大于40重量%的聚硅氧烷化合物。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述拉伸步骤在拉伸比为4～7、松弛率为1%或大于1%以及卷绕速度为2,500m/min或大于2,500m/min的条件下进行。
23.根据权利要求21所述的方法，其中，所述油组合物仅由聚硅氧烷化合物、乳化剂和溶剂组成。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述油组合物包含15～25重量%的聚硅氧烷化合物、10重量%或小于10重量%的乳化剂和余量的溶剂。
25.根据权利要求23所述的方法，其中，所述溶剂是选自水和由石油提取的含有9～13个碳原子的正链烷烃或异链烷烃中的一种或多种。
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