CN103282561A - 拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维、轮胎帘线以及它们的制备方法 - Google Patents

拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维、轮胎帘线以及它们的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纤维、轮胎帘线以及它们的制备方法，所述拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维显示出优异的尺寸稳定性和均一的性能，同时具有2000旦尼尔或更高的高细度。所述拉伸PET纤维包含90mol％以上的PET并具有40至50%的结晶度、0.01至0.2的非晶取向因子(AOF)、2.5至4.0旦尼尔的单丝细度、8.0%以下的横截面面积的变异系数(CV)以及2000至4000旦尼尔的总细度。

Description

拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维、轮胎帘线以及它们的制备方法
技术领域
本发明涉及一种拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维、轮胎帘线以及它们的制备方法，所述拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维显示出优异的尺寸稳定性和均一的性能，同时具有2000旦尼尔以上的高细度。
背景技术
轮胎是纤维/钢/橡胶的复合体，并且通常具有图1所示的结构。这里，体层（body ply），称为胎体，是包括在轮胎中作为其核心强化的帘线层，其支撑汽车的整体负荷并且经受冲击以保持轮胎形状，并且其要求具有耐疲劳性以抵抗在行驶过程中的弯曲和拉伸运动。在这种体层（即轮胎帘线）中已经广泛使用了例如聚对苯二甲酸乙二醇酯的聚酯合成纤维材料。
由合成纤维制成的帘线由于其高韧性而用于改善轮胎的耐久性，但是由于其高热收缩率，其问题在于在轮胎硫化以后降低了弹性和尺寸稳定性。为了弥补该问题，已经建议采用例如硫化后充气（post cure inflatation，PCI）的额外工艺来改善帘线的尺寸稳定性，但是效果不足。
近来，超高速纺丝技术被移植到轮胎帘线的制备方法中，并且在不使用PCI工艺的情况下制备具有高模量低收缩率（HMLS）性能的聚酯轮胎帘线变得可能。
但是，为了应用超高速纺丝技术，必须使用具有高结晶性的未拉伸纤维。但是，具有高结晶性的未拉伸纤维具有相对较窄的拉伸范围，由此当将该纤维应用到高速纺丝技术中时，不均匀的拉伸或摩擦会容易地弄断该纤维。考虑到这种情况，当将具有高结晶性的未拉伸纤维用在超高速纺丝系统中时，存在拉伸比的限制，所述纤维不能被充分地拉伸，并且可能很大程度上劣化拉伸纤维的拉伸强度。特别是，在具有2000旦尼尔以上的高细度拉伸纤维和包含该纤维的轮胎帘线的制备工艺中难以确保喷丝孔之间的足够距离和冷却均一性，由此例如韧性的性能降低非常多，并且变得难以得到具有均一性能的轮胎帘线。
为了解决这个问题，人们已经考虑了在通过超高速纺丝技术形成低细度的未拉伸纤维后在拉伸工艺过程中对该纤维进行共捻的方法，但是基于高旦尼尔，这种共捻法在显示充分韧性和改进生产率方面存在许多困难，因为其花费过高而且在该共捻工艺过程中韧性会被摩擦破坏。而且，即使使用了这种共捻法，也不容易得到具有足够均一性能的拉伸纤维和轮胎帘线。
随着近来子午线轮胎的使用不断增加，需要具有优异和均一的性能以及高细度的轮胎帘线。但是，因为上述公开的问题，其不能满足这些需求。因此，不断要求开发一种用于拉伸PET纤维的技术和由其制备的轮胎帘线，所述拉伸PET纤维具有2000旦尼尔以上的高细度，同时显示出优异的强度和尺寸稳定性以及均一性能。
发明内容
发明目的
本发明的一个方面是提供一种拉伸PET纤维及其制备方法，所述拉伸PET纤维具有2000旦尼尔以上的高细度，同时显示出优异的尺寸稳定性和均一性能。
本发明的另一个方面是提供一种PET轮胎帘线及其制备方法，所述PET轮胎帘线具有高细度，同时显示出均一性能和优异的尺寸稳定性。
技术方案
本发明提供了一种拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纤维，其包含90mol％以上的PET并具有40至50%的结晶度、0.01至0.2的非晶取向因子(AOF)、2.5至4.0旦尼尔的单丝细度、8.0%以下的横截面面积的变异系数(CV)、以及2000至4000旦尼尔的总细度。
本发明还提供了一种制备拉伸PET纤维的方法，包括下列步骤：通过3-股或4-股共纺法经由喷丝头对包含90mol％以上PET的聚合物进行熔融纺丝以制备具有2000旦尼尔以上细度的未拉伸PET纤维，其中纺丝速度为2500至4000m/min；以及以1.4至2.0的拉伸比对所述未拉伸纤维进行拉伸。
本发明还提供了制备PET轮胎帘线的方法，包括如下步骤：根据上面公开的方法制备拉伸PET纤维；对所述拉伸纤维进行共捻以制备加捻纱线；以及将所述加捻纱线浸入粘合剂溶液中并对其进行热处理。
本发明还提供了一种PET轮胎帘线，其具有4000至8000旦尼尔的总细度，7.2至8.5g/d的拉伸强度，5.0至7.0%的尺寸稳定性指数（E-S指数），其中所述E-S指数是在0.01g/d的负荷下在177℃热处理2分钟后的干热收缩率和在2.25g/d负荷下的中间伸长率的总和。
以下，将更详细地说明根据本发明具体实施方案的拉伸PET纤维、轮胎帘线以及它们的制备方法。然而，由于所述实施方案作为本发明的实例提供，本发明的权利范围不局限于或受限于它们，并且对本技术相关领域的技术人员来说在本发明的权利范围内可对这些实施方案作多种修改是显而易见的。
另外，除非在本发明整个公开内容中另有说明，术语“包括”或“包含”表示包括任何组分(或任何元件)而没有特别限制，且不能解释为排除其他组分(或元件)的加入。
所述PET轮胎帘线可以通过如下方法制备成浸渍帘线型：对PET聚合物进行熔融纺丝以制备未拉制纤维，对所述未拉伸纤维进行拉伸以得到拉伸纤维，对所述PET拉伸纤维进行共捻并将其浸入粘合剂。因此，通过对PET进行熔融纺丝而制备的未拉伸纤维和通过对未拉伸纤维进行拉伸而制备的拉伸纤维的性质直接或间接反映到PET轮胎帘线的性质中。
本发明发明人已经重复了用于轮胎帘线的拉伸纤维的研究，并且通过发现如下内容而完成了本发明：通过与超高速纺丝技术一起使用例如3-股或4-股共纺的多股共纺法能够提供显示出优异的强度和尺寸稳定性以及均一性、同时具有2000旦尼尔以上的高细度的拉伸PET纤维，并且由该拉伸PET纤维能够获得显现出优异的尺寸稳定性和均一的性能、同时具有高细度的PET轮胎帘线。
根据本发明的一个实施方案，提供了具有特定性能的拉伸PET纤维。所述拉伸PET纤维可以包含90mol％以上的PET并可以具有40至50%的结晶度、0.01至0.2的非晶取向因子(AOF)、2.5至4.0旦尼尔的单丝细度、8.0%以下的横截面面积的变异系数(CV)、以及2000至4000旦尼尔的总细度。
首先，构成所述拉伸纤维的PET聚合物可以包含多种在其制备工艺中包括的添加剂，并且在该聚合物中优选包含90mol%以上的PET以显示适合用于轮胎帘线的PET性能。因此，在下文中，除非另有说明，术语“PET”指的是在聚合物中包含90mol%以上PET的聚合物。
一个实施方案的拉伸PET纤维可以通过应用超高速纺丝技术在下面公开的受控熔融纺丝条件和拉伸条件下制备。据此，一个实施方案的拉伸PET纤维能够显示出40至50%的结晶度和0.01至0.2的AOF。
基本上，构成所述拉伸纤维的PET聚合物具有部分结晶的结构并且由结晶区域和非晶区域组成。但是，由于定向结晶现象，在受控熔融纺丝条件下获得的拉伸PET纤维的结晶度高于先前已知的拉伸PET纤维的结晶度，并且其显示出40%以上的高结晶度，例如25到40%。因此，所述拉伸PET纤维和所述轮胎帘线可因这样的高结晶度显示出高模量和高尺寸稳定性。
同时，所述拉伸PET纤维显示出0.20以下的AOF，例如0.01至0.2，这大大低于先前已知拉伸纤维的AOF。AOF表示拉伸纤维的非晶区域中包含的分子链的取向度，并且其随非晶区域的分子链的缠结增加而降低。通常，当AOF降低时，无序度增加，并且非晶区域的分子链变成不是张紧结构而是变成松弛结构，并由此拉伸纤维和轮胎帘线显示低收缩应力。但是，因为构成所述拉伸PET纤维的分子链在所述纺丝工艺中滑动并形成精细网络结构，所以在受控熔融纺丝条件下获得的拉伸PET纤维每单位体积包含更多的交联键。因此，尽管AOF值大大降低，但是所述拉伸PET纤维可以变成非晶区域的分子链张紧的结构，并且由此其可以显示改进的结晶结构和优异的取向特性。
相应地，一个实施方案的拉伸纤维能够显示出更高的收缩应力，并且由此能够显示更高的模量和优异的尺寸稳定性。
因为通过如下所公开的3-股或4-股共纺法制备，所以一个实施方案的拉伸纤维被控制成具有2.5至4.0旦尼尔的单丝细度同时具有2000旦尼尔以上，例如2000至4000旦尼尔的非常大的总细度，并且能够显示出8.0%以下，例如2.5至7.5%的横截面面积的CV。
此时，横截面面积的CV被称为构成所述拉伸纤维的各个纤维的横截面面积的标准偏差除以算术平均值的值，并且80%以下的横截面面积的CV意味着构成所述拉伸纤维的各个纤维具有非常均匀的横截面面积。因此，一个实施方案的拉伸纤维能够显现出非常均一的性能，同时具有高细度。
最后，一个实施方案的拉伸纤维能够显现出优异的尺寸稳定性和均一的性能，同时具有2000旦尼尔以上的高细度，并且由此变得可以提供一种PET轮胎帘线，该轮胎帘线能够优选应用为需要高细度的子午线轮胎的体层。
一个实施方案的拉伸PET纤维可以具有8.0至9.5g/d，优选8.0至9.3g/d的拉伸强度，以及在4.5g/d负荷下4.0至6.5%，优选4.5至5.5%的中间伸长率。并且，所述拉伸PET纤维可以具有12.0至20.0%，优选13.0至18.0的断裂伸长率。
现有已知的拉伸PET纤维在显现出优异和均一的性能和高韧性方面有局限，因为当通过应用超高速纺丝技术来制备它们以具有高细度时，在应用高拉伸比方面存在限制，并且纤维间的摩擦和不均匀的冷却导致韧性劣化。然而，一个实施方案的拉伸纤维通过应用超高速纺丝条件和如下所公开的3-股或4-股共纺法制备，由此其能够显现出如上所公开的优异韧性和其他性质。因此，所述拉伸PET纤维能够满足本领域谋求具有高细度同时显现出优异性能的轮胎帘线的要求，并且能够最优选地用于提供轮胎帘线以用于各种应用，例如体层或冠带层。
同时，根据本发明的另一个实施方案，提供一种制备所述拉伸PET纤维的方法。所述拉伸PET纤维的制备方法可以包括下列步骤：通过3-股或4-股共纺法经由喷丝头对包含90mol％以上PET的聚合物进行熔融纺丝以制备具有2000旦尼尔以上细度的未拉伸PET纤维，其中纺丝速度为2500至4000m/min；以及以1.4至2.0的拉伸比对所述未拉伸纤维进行拉伸。
所述制备方法使用应用了2500m/min以上的熔融纺丝速度的超高速纺丝条件，并且通过使用该超高速纺丝条件能够制备具有高结晶度和低AOF的拉伸PET纤维。技术原理可以预测如下。
通过超高速纺丝条件制备的未拉伸纤维可以显现出10至30%的结晶度和0.08至0.2的低AOF。
构成所述未拉伸纤维的PET聚合物具有部分结晶的结构并且由结晶区域和非晶区域组成。然而，由于定向结晶现象，由所述超高速纺丝条件获得的未拉伸纤维的结晶度高于先前已知的未拉伸纤维的结晶度（通常结晶度小于7.0%），并且该结晶度可以为10％以上，优选为10到30％。
同时，由于定向结晶现象，所述未拉伸纤维可以显示出0.2以下，优选0.08至0.2的AOF，这大大低于先前已知的未拉伸纤维的AOF。另外，因为构成所述未拉伸纤维的分子链在所述纺丝工艺中滑动并形成精细网络结构，所以所述未拉伸纤维每单位体积包含更多的交联键。
由于所述未拉伸纤维的结晶性，由其获得的拉伸纤维也可以显现出如上所公开的高结晶度和低AOF值，并且使得其可以提供具有优异尺寸稳定性的拉伸纤维和轮胎帘线。
同时，在所述另一个实施方案的制备方法中，结合所述超高速纺丝条件一起使用3-股或4-股共纺法来制备所述拉伸PET纤维。在这种情况下，将要在一个纺丝甬道中被冷却的聚合物的排出速度变得相当低，能够抑制由冷却空气造成的纤维间的干扰导致的纤维缠结，并且可以克服根据喷丝头的有限面积的纺丝孔数目的限制，由此可以确保单丝的低细度，例如2.5至4.0旦尼尔，这对于高强度和优异的尺寸稳定性是非常重要的。因此，即使使用了超高速纺丝技术，所有排出的聚合物也能够被均匀地冷却，并且能够极大地提高冷却效率。根据这个，当通过下列顺序步骤制备拉伸纤维时，即冷却排出的聚合物，通过将冷却的产物结合在一起制备未拉伸纤维，以及通过对所述未拉伸纤维进行拉伸来制备具有2000旦尼尔以上的高细度的拉伸纤维，超高速纺丝技术的优点能够被反映到所述纤维中，并且变得可以有效提供拉伸PET纤维，其除了具有优异的强度和尺寸稳定性以外还具有均一的性能和横截面面积，同时使得例如韧性的性能劣化最小化。
此外，通过应用3-股或4-股共纺法能够优选地保持根据应用超高速纺丝技术的性能和效果。因此，拉伸纤维的所述高结晶度和低AOF能够在高细度拉伸纤维的制备过程中适当地显现出来，并且能够提供具有更优异的尺寸稳定性的拉伸纤维和轮胎帘线。
相比之下，当使用1-股或2-股共纺法制备具有高细度的拉伸纤维时，可能发生不均匀或不充分的冷却，这是因为过多排出的聚合物停留在纺丝甬道中而且纺丝孔之间的距离短，并且在喷丝头的内部和外部之间的单丝在性能和横截面面积方面可能具有大的偏差。因此，根据该方法难以制备一个实施方案的具有均一的性能和横截面面积的拉伸PET纤维。并且，不希望增加冷却空气的流速和量以解决2-股共纺法的所述问题，因为它可能导致纤维断裂或性能降低。并且，如果使用大于4-股的多股共纺法，则难以确保生产效率。另外，当使用1-股或2-股共纺法制备具有高细度的拉伸纤维时，难以显现出应用超高速纺丝技术的性能和效果，并且将难以实现拉伸纤维的低AOF。因此，拉伸纤维和轮胎帘线的尺寸稳定性可能劣化。
因此，满足一个实施方案的性能要求的拉伸PET纤维可以最终通过使用所述另一个实施方案的制备方法来制备，并且所述拉伸纤维显现出优异的强度和杰出的尺寸稳定性，并且具有均一的性能和横截面面积，同时具有高细度。据此，能够提供具有优异和均一的性能以及杰出的尺寸稳定性同时具有高细度的轮胎帘线，并且这种PET轮胎帘线能够非常适合地用于充气轮胎的体层，特别是用于要求高细度的轮胎帘线。
下文中将更详细地逐步说明所述拉伸PET纤维的制备方法。
在所述制备方法中，首先通过用3-股或4-股共纺法对PET聚合物进行熔融纺丝来制备未拉伸纤维。
因为在制备未拉伸纤维的步骤中使用了超高速纺丝技术，所以得到了具有高结晶度的未拉伸纤维，并且使用该未拉伸纤维通过后续工艺能够制备显现出优异的强度和尺寸稳定性的拉伸纤维和轮胎帘线。为了得到这种高结晶度的未拉伸纤维，以2500至4000m/min，优选3500至4000m/min的纺丝速度对所述聚合物进行熔融纺丝。即，优选应用2500m/min以上的纺丝速度以确保未拉伸纤维的性能(例如高结晶度)或生产率，并且优选应用4000m/min以下的纺丝速度以赋予未拉伸纤维制备中所需的最小冷却时间。
此外，优选在0.5至1.2g/d的纺丝张力下进行所述聚合物的熔融纺丝。即，优选纺丝张力为0.5g/d以上以得到本发明中所需的未拉伸纤维性能例如高结晶度等，并且优选纺丝张力为1.2g/d以下以防止由于过大张力导致纤维断裂或性能劣化。
此外，为了以上述纺丝速度和纺丝张力制备未拉伸纤维，所述PET聚合物的特性粘度（IV）可以为0.8至1.5dl/g，优选为1.2至1.5dl/g。通过使用具有相对高IV的聚合物并应用超高速纺丝技术能够非常大地提高拉伸纤维和轮胎帘线的强度。但是，为了防止在纺丝组件中压力过度增加导致纤维断裂，优选对具有1.5dl/g以下IV的聚合物进行熔融纺丝。
同时，在以上述条件对所述PET聚合物进行熔融纺丝以后可以通过增加冷却工艺来制备所述未拉伸纤维，所述冷却工艺优选以提供15至60℃的冷却空气的方法进行，并且在冷却空气的每个温度条件下，冷却空气的速度优选被控制在0.4至1.5m/s。
此外，因为结合上述熔融纺丝条件一起应用3-股或4-股共纺法，所以可以实现均匀的冷却，并且如上所述，能够获得显现出均一的性能和横截面面积的高细度拉伸纤维和轮胎帘线，同时使得在制备工艺过程中的性能劣化最小化。这种均一的性能和横截面面积是由于通过均匀冷却得到的未拉伸纤维的均一横截面面积导致的，并且通过所述工艺制备的未拉伸纤维可以具有8.0%以下的横截面面积的CV。
在如上所述制备了未拉伸纤维后，通过对该未拉伸纤维进行拉伸来制备拉伸PET纤维。所述拉伸步骤可以以直接纺丝和拉伸（DSC）法进行，其中，根据制备拉伸纤维的常规工艺，在一个工艺中连续进行纺丝和拉伸。
并且，在拉伸步骤中的拉伸比优选为1.4至2.0倍。即，拉伸比优选为1.4倍以上以制备具有优异的强度和尺寸稳定性的轮胎帘线，并且优选为2.0倍以下，这是因为在超高速纺丝系统中存在拉伸比控制的限制，并且由于应用高复丝方法引起的单丝细度降低导致未拉伸纤维的取向和结晶度增加。
通过所述拉伸步骤能够制备总细度为2000至4000旦尼尔的拉伸纤维。此时，单丝的细度优选为2.5至4.0旦尼尔。单丝的细度优选为2.5旦尼尔以上，以赋予所制备的拉伸纤维显现出适合于轮胎帘线的性能所需的拉伸比，并防止由冷却空气导致的纤维缠结。并且，单丝的细度优选为4.0旦尼尔以下，以使得通过喷丝头排出的聚合物被冷却空气均匀冷却，并通过降低用于增加纺丝张力的聚合物的排出速度来提高轮胎帘线产品的尺寸稳定性。
同时，根据本发明的又一个实施方案，提供了使用上述拉伸PET纤维的制备方法制备PET轮胎帘线的方法。所述PET轮胎帘线的制备方法可以包括如下步骤：根据上面公开的方法制备拉伸PET纤维；对所述拉伸纤维进行共捻以制备加捻纱线；以及将所述加捻纱线浸入粘合剂溶液中并对其进行热处理。
在轮胎帘线的制备方法中，例如，所述共捻步骤可以如下进行：以100至400TPM（每米捻度）的加捻水平对所述具有2000至4000旦尼尔的拉伸纤维进行“Z”捻，以及以100至400TPM的加捻水平对1至3股经“Z”捻的纤维进行“S”捻，以制备总细度为4000至8000的共捻纱线。
此外，可以使用常规用于制备轮胎帘线的粘合剂溶液，例如间苯二酚-甲醛-胶乳(RFL)粘合剂溶液，作为所述粘合剂溶液。并且所述热处理工艺可以在230至260℃的温度下进行90至360秒，优选在240至250℃的温度下进行90至240秒，更优选在245至250℃的温度下进行90至120秒。
通过上述方法可以制备所述轮胎帘线。但是，所述各个步骤只是轮胎帘线制备方法的一个实例，并且能够在本发明所属领域中常规进行的任何步骤当然都可以包括在上述步骤之前或之后。
根据这种工艺制备的轮胎帘线可以具有高细度，例如4000至8000旦尼尔的总细度，并且可以显示7.2至8.5g/d的拉伸强度和5.0至7.0%的尺寸稳定性指数（E-S指数），其中所述E-S指数是在0.01g/d的负荷下在177℃热处理2分钟后的干热收缩率和在2.25g/d负荷下的中间伸长率的总和。此时，所述“尺寸稳定性指数（E-S指数）”由“干热收缩率（在0.01g/d的负荷下在177℃2分钟后）”和“中间伸长率（2.25g/d负荷）”的总和表示，E-S指数越小，表示轮胎帘线的尺寸变形越小，拉伸强度越高。并且，所述轮胎帘线可以显示出如下性能，例如在2.25g/d负荷下，3.0至5.5%的中间伸长率和15.0%以上，适合地15.0至17.0%的断裂伸长率。
如上所述，根据所述工艺制备的轮胎帘线通过同时应用超高速纺丝技术和3-股或4-股共纺法制备，并且它可以显现出优异的拉伸强度和杰出的尺寸稳定性，同时具有高细度，并且能够显示均一的一般性能。因此，所述轮胎能够非常优选地应用到充气轮胎的体层中，并且能够非常有效地支撑汽车的全部负荷。但是，所述轮胎帘线的用途不限于此，并且它当然可以应用到其他用途，例如冠带层等。
有益效果
根据本发明，能够提供一种轮胎帘线及其制备方法，所述轮胎帘线具有优异的尺寸稳定性和强度以及均一的性能，同时具有高细度。这种轮胎帘线优选用于充气轮胎的体层，并且能够提高汽车的可控性和驾乘表现。
附图说明
图1是说明一般轮胎结构的部分切开透视图。
具体实施方式
下面，提供优选实施例以帮助理解本发明。但是，下列实施例仅用于举例说明理解本发明，而本发明并不局限于或受限于下列实施例。
【拉伸纤维的制备】
实施例1至6（应用3-股或4-股共纺法和超高速纺丝技术制备2000旦尼 尔以上的拉伸PET纤维）
根据应用了3-股或4-股共纺法的超高速纺丝技术通过对PET聚合物切片进行熔融纺丝并将其冷却的方法制备实施例1至6的未拉伸PET纤维。此时，在纺丝工艺中使用的条件与在下表1中列出的条件相同，并且其他条件按照制备未拉伸PET纤维的常规条件。并且通过用表1中列出的具体拉伸比对所述未拉伸纤维进行拉伸，然后对其进行热处理并卷绕制备拉伸纤维。
比较实施例1至5（应用1-股或2-股共纺法和超高速纺丝技术制备2000 旦尼尔以上的拉伸PET纤维）
与实施例1至6相比，根据应用了1-股或2-股共纺法的超高速纺丝技术制备拉伸PET纤维。在纺丝中使用的条件列在下表1中。
[表1]
Figure BDA0000344664010000101
【拉伸纤维性能的测量】
对于根据实施例1至6和比较实施例1至5制备的各个拉伸纤维，用下列方法测量性能，测量的性能列在下表2中。
1）结晶度：在使用CCl4和正庚烷制备密度梯度管后测量密度，然后使用下列计算式计算结晶度：
其中，就PET而言，ρa＝1.336，ρc＝1.457。
2）非晶取向因子(AOF)：使用偏振测微仪测量的双折射率和X射线衍射仪(XRD)测量的晶体取向因子(COF)根据下式计算AOF：
AOF＝(双折射率-结晶度(％)*0.01*COF*0.275)/((1-结晶度(％)*0.01)*0.22)。
3）拉伸强度（g/d）：根据ASTM D885法，使用万能试验机（UTM）测量纤维的拉伸强度。
4）中间伸长率（%）和断裂伸长率（%）：根据ASTM D885法，使用万能试验机（UTM）在4.5g/d负荷下测量中间伸长率和断裂伸长率。
5）横截面面积的CV（%）：在通过用光学显微镜（Olympus BX51）拍摄纤维的横截面测量纤维的横截面面积后，使用Analysis Five程序获得横截面面积的CV值。
[表2]
Figure BDA0000344664010000112
Figure BDA0000344664010000121
如表1和表2中所示，比较实施例1至5通过应用1-股或2-股共纺法制备了2000旦尼尔以上的拉伸纤维。但是，应当认识到，即使应用了超高速纺丝技术，但这些拉伸纤维没有满足0.01至0.2的AOF，并且显示出过大的横截面面积的CV。并且发现，比较实施例1至5的纤维显示出整体上较差的拉伸强度。
特别是，比较实施例1至3的纤维在一定程度上显示出所述强度，但是由于非常大的横截面面积的CV，它们没有显示出均一的性能。并且由于大的横截面面积的CV，比较实施例4的纤维显示出较差的强度和不均一的性能。
相比之下，实施例1至6通过3-股或4-股共纺法制备了拉伸纤维，并且认识到，这些拉伸纤维同时满足40至50%的结晶度、0.01至0.2的AOF、2.5至4.0旦尼尔的单丝细度、8.0%以下的横截面面积的CV和2000至4000旦尼尔的总细度。特别是，认识到，这些纤维在例如拉伸强度、中间伸长率、断裂伸长率等性质上是优异的，同时由于它们低的横截面面积的CV而显现出均一的性能。
[轮胎帘线的制备]
实施例7至12
通过如下方法分别制备PET轮胎帘线：以特定的总细度和每单位长度的捻度（TPM）对根据实施例1至6中任一个制备的拉伸纤维进行“Z”捻；以相同的捻度对2股经Z捻的纤维一起进行“S”捻；将其浸入RFL粘合剂溶液；以及将其干燥并热处理。此时，这里使用的拉伸纤维、拉伸纤维的细度、加捻倍数（TM）和用于轮胎帘线的热处理条件与表3中列出的相同，并且RFL粘合剂溶液的组成和干燥条件按照处理PET帘线的常规条件。
比较实施例6至10
使用根据比较实施例1至5的条件制备的拉伸纤维制备PET轮胎帘线，并且这里使用的拉伸纤维、拉伸纤维的细度、加捻倍数（TM）以及用于轮胎帘线的热处理条件与表3中列出的相同。
[表3]
Figure BDA0000344664010000131
【轮胎帘线性能的测量】
对于根据实施例7至12和比较实施例6至10制备的各个轮胎帘线，用下列方法测量性能，测量的性能列在下表4中。
1）拉伸强度（g/d）：根据ASTM D885法，使用万能试验机（UTM）测量帘线的拉伸强度。
2）中间伸长率（%）和断裂伸长率（%）：根据ASTM D885法，使用万能试验机（UTM）在4.5g/d负荷下测量中间伸长率和断裂伸长率。
3）干热收缩率：使用干热收缩率测量仪（由Testrite公司生产的MK-V）在提供0.01g/d的负荷条件下在177℃测量干热收缩率2分钟。
4）尺寸稳定性指数（E-S指数）：用上述方法测量的中间伸长率和干热收缩率的总和。
[表4]
Figure BDA0000344664010000141
如表3和表4中所示，由于使用通过应用1-股或2-股共纺法制备的拉伸纤维，比较实施例6至10的帘线没有满足拉伸强度、断裂伸长率或E-S指数的优选范围。特别是，比较实施例6至8的帘线显示出差的尺寸稳定性，因为如上所公开的，指示尺寸稳定性的E-S指数增加了。此外，比较实施例9的帘线在干热收缩率和E-S指数方面较差。并且，在比较实施例10的情况下，认识到，帘线显示出例如低拉伸强度等的差性能。看来是因为比较实施例的轮胎帘线是使用比较实施例的不满足适当范围AOF和横截面面积的CV的拉伸纤维制备的。
相比之下，因为实施例7至12的轮胎帘线是使用实施例1至6的拉伸纤维制备的，所以这些轮胎帘线的拉伸强度、断裂伸长率、中间伸长率、干热收缩率和尺寸稳定性都在优选范围内，并且认识到这些轮胎帘线具有优异和均一的性能。

Claims (12)

1.一种拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纤维，其包含90mol％或大于90mol％的PET并具有40至50%的结晶度、0.01至0.2的非晶取向因子(AOF)、2.5至4.0旦尼尔的单丝细度、8.0%或小于8.0%的横截面面积的变异系数(CV)以及2000至4000旦尼尔的总细度。
2.根据权利要求1所述的拉伸PET纤维，其中，所述横截面面积的CV为2.5至7.5%。
3.根据权利要求1所述的拉伸PET纤维，其具有8.0至9.5g/d的拉伸强度。
4.根据权利要求1所述的拉伸PET纤维，在4.5g/d负荷下中间伸长率为4.0至6.5%，断裂伸长率为12.0至20.0%。
5.一种制备拉伸PET纤维的方法，包括如下步骤：
通过3-股或4-股共纺法经由喷丝头对包含90mol％或大于90mol％的PET的聚合物进行熔融纺丝，以制备细度为2000旦尼尔或大于2000旦尼尔的未拉伸PET纤维，其中纺丝速度为2500至4000m/min；以及
以1.4至2.0的拉伸比对所述未拉伸纤维进行拉伸。
6.根据权利要求5所述的制备拉伸PET纤维的方法，其中，所述熔融纺丝步骤以0.5至1.2g/d的纺丝张力进行。
7.根据权利要求5所述的制备拉伸PET纤维的方法，其中，所述未拉伸纤维的结晶度为10至30%。
8.一种制备PET轮胎帘线的方法，包括如下步骤：
根据权利要求5的方法制备拉伸PET纤维；
对所述拉伸纤维进行共捻以制备加捻纱线；以及
将所述加捻纱线浸入粘合剂溶液中并进行热处理。
9.根据权利要求8所述的制备PET轮胎帘线的方法，其中，所述热处理步骤在230至260℃的温度下进行90至360秒。
10.一种PET轮胎帘线，其具有4000至8000旦尼尔的总细度，7.2至8.5g/d的拉伸强度，5.0至7.0%的尺寸稳定性指数（E-S指数），其中所述E-S指数是在0.01g/d的负荷下在177℃热处理2分钟后的干热收缩率和在2.25g/d负荷下的中间伸长率的总和。
11.根据权利要求10所述的PET轮胎帘线，在2.25g/d负荷下中间伸长率为3.0至5.5%，断裂伸长率为15.0%或大于15.0%。
12.根据权利要求10所述的PET轮胎帘线，其用作充气轮胎的体层的帘线。
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