CN1049193A - 皮芯型双组份长丝形成的纱丝及其生产工艺 - Google Patents

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Abstract

芯丝和皮丝由可纺聚合物挤压而成的皮芯型双 组份长丝组成的纱丝，其特征在于：每根长丝中，具有 (S±0.1S)％的皮丝含量的双组份长丝占全部的百分 比P％应同时符合：
P≤100，S＞0.5，P＞30+(0.1S)8。
生产此种纱丝的工艺是：芯丝组分以多根单独丝 流输入，经第一纺丝板进入第二纺丝板，在上述两板 之间，每根芯丝的单独丝流都被在那里输入的皮丝组 分所包覆，两种组分连成一体纺丝，拉伸和卷绕。

Description

本发明涉及到由皮芯型双组份长丝形成的纱丝及其生产工艺，此皮芯型双组份长丝的芯丝和皮丝都是由挤压制成。
皮芯型双组份长丝及其生产工艺是广为周知的。例如，在文献EP-A-O  011954中就指出：为避免在皮丝含量很低时出现产生单组份长丝的现象，必须采用专门的纺丝设备。尽管通过采用上述纺丝设备，能避免产生单组份长丝，但是由皮芯型双组份长丝制成的纱丝，长丝中皮丝含量仍不可避免地存在很大的波动，甚至包括没有一些皮丝含量的部分，以至在成品丝纱中皮芯型双组份长丝中皮丝含量大幅度地波动。
实验证明：用文献EP-A-O  011954中所述的纺丝机，如实例所述的芯丝及皮丝材料以85∶15的体积比输入，但在纱丝中，皮丝含量在15%左右的皮芯型双组份长丝（即使把皮丝含量波动考虑为±10%）不超过15%，一般甚至更少些。纱丝中其他的皮芯型双组份长丝的皮丝含量有较高的（体积百分比达30%）或较低的（体积百分比在5%以下）。
用上述的工艺在某一控制方法下，也不可能在纱丝中获得一根或多根的单组份长丝。单组份长丝的产生纯属偶然，也不能保证在纱丝截面看来是一根单组份长丝而在纱丝长度方向也仍是一根单组份长丝。相反的是，从纱丝的长度方向来看，一根单组份长丝会变成一根皮芯型双组份长丝，反之亦然。
皮丝含量的大波动使纱丝中的每根长丝具有不同的性能，也即是纱丝中的长丝的性能差异很大，这是不理想的。
基本上讲，由皮芯型双组份长丝组成的纱丝应具有芯丝材料的理想性能（强度、收缩、伸长度、双折射率等），而皮丝则改善纱丝的其他性能（与其他材料的粘附力、可染性、使用牢度、抗化学性及耐机械性等）。在现有的工艺中，为了保持皮丝含量的波动在限定范围内，以及保持芯丝材料性能大致均匀，在皮芯型双组份长丝整个截面上皮丝的平均体积含量必须为20%或更多一些。
本发明的目的是提供新型的，较好性能的由皮芯型双组份长丝组成的纱丝（它可能包含单组份长丝），皮芯型双组份长丝的芯丝和皮丝是由可纺聚合物经挤压而制成，至少几乎全部皮芯型双组份长丝都有完整的皮丝。此种纱丝确保较好地利用皮芯双组份材料的特性，而不会丢失皮丝材料的特性。
本发明的另一个目的是提供一种产生此种纱丝的工艺，它确保纱丝有较好的均匀度，同时可以在控制和予设的状态下设定单组份长丝与皮芯型双组份长丝的比例。皮芯型双组份长丝中的皮丝体积含量甚至在低于20%时也是较为均匀的。
当每根皮芯型双组份长丝具有其相应的双组份长丝总体积（S±0.1S）%的皮丝含量的皮芯型双组份长丝占纱丝全部皮芯型双组份长丝的百分比P%同时符合下列条件时，此目的可以达到：
P≤100
S≥0.5
P≥30+（0.1S）8
S±0.1S项表示P取决于以全部皮芯型双组份长丝来计具有皮丝体积含量为其相应的皮芯型双组份长丝总体积的S%的皮芯型双组份长丝量。皮丝含量在±10%范围的基础上确定的。因为上述的条件必须同时符合，因此只有当P不大于100%时才能设定S值。
特别是依据本发明的纱丝，其中
P≥40+7（0.1S）8
如优选为
P≥50+100（0.1S）8
则有绝佳的性能。
根据预定的用途，纱丝可选择为至少有60%的皮芯型双组份长丝具有（S±0.1S）%的皮丝体积含量，此处S的体积%是：
S≤9%
或者选用至少有70%皮芯型双组份长丝有（S±0.1S）%的皮丝含量，此处S的体积%为：
1%≤S≤7%
或者选用至少有75%皮芯型双组份长丝有（S±0.1S）%的皮丝含量。此处S的体积%为：3%≤S≤6%。
令人惊奇的是这些纱丝的一些特殊性能有明显的改善，例如，本发明的纱丝强度（CN/dtex）明显高于现有的用皮芯型双组份长丝以及仅用芯丝聚合物制成的单组份长丝制成的纱丝强度。
依据本发明，纱丝中的长丝可以具有实际上任何已知的截面形状。例如，对用于轮胎帘线的长丝具有圆形截面，如果要强调视觉效果，可以优选采用三叶形截面长丝，例如对于地毯丝就很理想。
纱丝的特殊性能，例如粘附力，当长丝，特别是皮芯型双组份长丝，具有三叶形截面时，该特性就更为突出了。
芯丝和皮丝聚合物的组成，特别是以下的组成是合适的：
      芯丝                     皮丝
聚对苯二甲酸乙二(醇）酯     尼龙66(PA66)
     (PET)
聚对苯二甲酸乙二(醇）酯    尼龙66(PA66)和聚(m
     (PET)                 -二甲苯已二酰二胺)的混合物
尼龙46(PA46)               尼龙66(PA66)
高粘度的聚对苯二甲酸乙二   低粘度的聚对苯二甲酸乙二
(醇)酯(PET)                  (醇)酯(PET)
聚对二甲酸乙二(醇)酯      聚对苯二甲酸乙二(醇)酯
    (PET)                 (PET)和聚二氟乙烯撑
                          (PVDF)的混合物
聚萘二甲酸乙二酯(PEN)     尼龙66(PA66)
聚萘二甲酸乙二酯(PEN)     尼龙46(PA46)
更为可取的组合是：
      芯丝                      皮丝
聚对苯二甲酸乙二(醇)酯    聚醚砜
    (PET)                 (PES)
高粘度尼龙66(PA66)       低粘度尼龙66(PA66)
高粘度尼龙6(PA6)         低粘度尼龙6(PA6)
聚对苯二甲酸乙二(醇)酯   聚四氟乙烯(PTFE)
   (PET)
      芯丝                       皮丝
聚对苯二甲酸乙二(醇)酯        聚酰亚胺
    (PET)
聚对苯二甲酸乙二(醇)酯        聚苯硫醚(PPS)
    (PET)
聚对苯二甲酸乙二(醇)酯        聚丙烯(PP)
    (PET)
聚对苯二甲酸乙二(醇)酯        聚对苯二甲酸乙二(醇)酯
    (PET)                      (PET)和聚四氟乙烯
                               (PTFE)的混合物
聚对苯二甲酸乙二(醇)酯        聚对苯二甲酸乙二(醇)酯
    (PET)                     (PET)和聚(m-二甲苯已
                              二酰二胺)的混合物
尼龙6(PA6)                    聚丙烯(PP)
尼龙6(PA6)                    聚二氟乙烯撑(PVDF)
根据本发明的纱丝有很多用处。
以常用的聚合物（PET、PA66、PA6）作芯丝制成的缝纫线可用耐高温聚合物包覆，这就可以适用于非常高的缝纫速度。用纱丝制成的绳束或网，皮丝可改善其耐化学、耐紫外线和耐温性能。
当纱丝用来加强弹性体时，如轮胎帘线，它是用来加强轮胎、传动用皮带、或输送带，皮芯型双组份长丝的皮丝能增进芯丝与弹性体之间的粘附力。同样，对于纤维增强塑料而言，此方法增强纱线与塑料之间的粘附力。
用作地毯纱丝时，皮芯型双组份长丝的皮丝可增进长丝的可染性，甚至当芯丝为增强抗静电性能而含有高传导材料时，其颜色往往是十分灰暗的，也很难染成其他颜色。由于芯丝和皮丝材料的收缩性不同，使用这种纱丝来织成地毯，那么经过热处理后，织成的地毯或纺织物的纱丝就会产生明显的卷曲。异形纱丝改善了光线的散射性能。正确选择皮芯型双组份长丝的皮丝材料大大地改善了由这些皮芯型双组份长丝制成的地毯和纺织物的可燃性和沾污性，同样，减少了发霉和腐烂。
一种疏水性材料的皮丝能有效地使皮芯型双组份长丝防潮。这使得纺织界对本发明的纱丝特别感兴趣，也可以用颜料作为皮丝的组分的聚合物的混合物去纺丝，生产出纺前染色的长丝。
如果将本发明的纱丝用于非织造织物中，恰当地选择聚合物能增进抗化学性能，例如用于滤尘的非织造织物。同样也可以获得离子交换性能，或者影响可燃程度。
本发明的目的还在按本发明生产纱丝的工艺中达到。在通常情况下（EP-A-O  011954），芯丝组分以多根单独丝流输入经第一块纺丝板到第二块纺丝板，而在第一与第二块纺丝板之间，每根芯丝组分的单独丝流都被正在那里输入的皮丝组分包覆，两种组分连成一体进行纺丝，拉伸和卷绕，其特征在于：至少在芯丝组分单独丝流的周围，皮丝组分承受到流阻。
根据本发明的工艺，可实现一步法工艺（没有中间卷绕）或多步法工艺（带有中间卷绕）。
一个合适的流阻器是一个特殊的金属丝网，在每个单独丝流处都有一孔。除此之外，如金属丝网占领了第一与第二纺丝板之间的全部空间，这是很有利的。也可以采用其他流阻器，例如多孔板。采用金属丝网甚至在应用相对大的纺丝板情况下也能使两块纺丝板之间的距离保持一致，因为金属丝网也起着隔离板的作用。
在简单的有控制的状态下，也可能使生产出来的皮芯型双组份长丝中的各根长丝具有不同的皮丝含量。为此目的，可对各根芯丝流的皮丝流选择不同的阻力。如果阻力选择得很大，使得皮丝材料不能包覆在相应的芯丝流上，其结果是生产出简单的单组份长丝。
合适的金属丝网特别是商业上通用的R.V.S牌号的X筛目丝网，其中X是从30至500，R.V.S是一种不锈钢牌号，X筛目表示金属丝网在二个方向上每吋有X根金属丝。织成网的金属丝直径为0.5至0.025mm。
流阻可由流阻器的渗透性来确定，渗透性K由下式确定
K＝- (ηV)/(δP/δX)
式中  η  流体的粘度（Pa.S）
V  流体通过流阻器的速度（m/sec）
δP/δX在流动方向的压力梯度（N/m3）
据此，渗透性的单位是m2
流阻器的渗透性K最好选在10-11至3×10-10m2之间。
特别奇怪的是，依据本发明的工艺不但能用于熔融纺丝，而且亦可用于溶液纺丝，或者上述两种纺丝联合使用。例如两种组分都可由熔融纺丝或溶液纺丝纺成。然而也可以有这样的例子，芯丝组分由熔融纺丝生产，而皮丝组分由溶液纺丝生产。溶液纺是指纺丝液由溶解在溶剂中的聚合物组成，而熔融纺是将熔融的聚合物喷丝。
假如第一与第二纺丝板各自只有一个喷丝孔，依据本发明的工艺能用以生产皮芯型双组份单长丝，而在其圆周及沿其长度方向有一层厚度极为均匀的皮丝。
本发明将参照附图举实施例来进一步加以阐述。
图1  表示本发明的纱丝所展示的领域，並与现有的工艺相比较;
图2  表示生产本发明纱丝的工艺流程图;
图3  现有工艺用的纺丝板示意图;
图4  本发明工艺应用的纺丝板示意图;
图5、图6  表示图4纺丝板的结构图;
图7  现有工艺生产的纱丝的部分截面;
图8  本发明纱丝的部分截面。
通过本发明的皮芯型双组份长丝纱，图1中表示的区域变得易于理解。图中，横座标是皮丝含量的体积%，纵座标是在纱丝的全部皮芯型双组份长丝中其皮丝含量为S±0.1S的皮芯型双组份长丝所占的百分比P%。现有工艺可能的分布区域为标有“现有工艺”以剖面线划出的面积。由此看来，采用现有的工艺很容易就能生产出由含有25%皮丝含量的皮芯型双组份长丝组成的纱丝，其中，全部的皮芯型双组份长丝的皮丝含量都是25%。反之，当由皮丝含量为10%的皮芯型双组份长丝组成纱丝时，只有5%的皮芯型双组份长丝有10%的皮丝含量。本发明提供的纱丝其均匀度明显提高。图1中曲线A相应于权利要求1的条件，曲线B相应于权利要求2的条件，而曲线C相应于权利要求3的条件。
图2是依据本发明生产纱丝的工艺流程示意图。图中1代表纺丝组件，它用法兰连接着一纺丝板部件2，该纺丝板部件在图3、4、5及6的说明书将详细阐述。纺丝组件1以上的流程是常用的挤压机和熔融线（图中未画出）。从组件1离开，皮芯型双组份长丝或单组份长丝8经过一个供有冷却空气9的冷却室7。长丝通过一个纺丝上油滚5，在那里多根长丝聚集一起，並从此进入到拉伸区3、4，然后将完善的纱丝卷绕到筒子6上。
图3是现有工艺用纺丝板的详图，其中10是第一纺丝板，11是第二纺丝板。芯丝的熔融流经过第一纺丝板10的孔12而进入第二纺丝板11，更精确地说，进入到漏斗形状的13中。皮丝丝流流入纺丝板10与11之间，从而包覆每根从孔12出来的芯丝流。在此，芯丝组分的每根单独的丝流被皮丝组分包覆，然后两组分连成一体经过漏斗孔13进入喷丝孔14而被挤压出来。在皮丝流包覆芯丝流的区域内，在第二块纺丝板11上有凸台15。
图4简略地给出了用于本发明工艺中的纺丝板结构，20是第一块纺丝板，21是第二块纺丝板。芯丝组分被引入经锥座孔26进入喷丝通道22，而在第二纺丝板21上与喷丝通道22相连的为喷丝通道23。皮丝组分通过环状通道28均匀地分布在纺丝板20和21之间，纺丝板20与21之间的空间由一个金属丝网填满，而在喷丝通道22及23处完全是打通的。这样，皮丝组分从环状通道28经过金属丝网27去包覆芯丝组分。在此，金属丝网犹如一个流阻器作用于皮丝组分。芯丝及皮丝组分通过孔24联合被挤压出来。
图5和图6是依据本发明的工艺所用的纺丝板实体，图5是一纵剖面，图6是横剖面。通道32引导芯丝组分流向第一纺丝板20，此时皮丝组分经过通道33（其延续部分用虚线表示，因为通道33延伸到平面图以外）及延续部分34穿过第一纺丝板20进入到第一与第二纺丝板之间的环形通道（未表明）。在第一纺丝板20与第二纺丝板21之间有一个流阻器，它在第一与第二纺丝板20、21之间同时起着隔离板的作用。31表示定位销，30表示密封圈。在通道板29与第一纺丝板之间的垫圈35用以防止皮丝组分的泄漏。
图7是现有工艺生产的皮芯型双组份长丝纱的局部剖面图。37是皮丝，36是芯丝。可以看出各长丝之间皮丝和芯丝二者的面积变化范围很大。在单根长丝的长度方向，皮丝和芯丝的面积变化范围也很大。
图8是依据本发明工艺生产的丝纱的相应局部剖面图。芯丝面积38和皮丝面积39的均匀性很引人注目。
在阐述实施例时将进一步说明本发明。
实施例1-9（见表1）
例1-9表明依据本发明能产生出纱丝的变化范围。
例1-3中芯丝聚合物采用具有典型纺织用丝相对粘度（1g聚酯溶于100g的m-甲酚中，在25℃时测定）的聚酯。例4-6的聚酯，它的低相对粘度适用于工业用丝，而例7-9的聚酯有高的粘度，例如适用于轮胎帘线或缝纫用线。在所有情况下，皮丝材料都用尼龙66（PA66）。
在上述的各个例子组中，芯丝与皮丝纺丝泵的产量都是不同的。流阻器是P.V.S.60丝网（详见例10-15）。纺丝板要采用图4-6所描述的。
除了不拉伸外，皮芯型双组份长丝是用前述图2的工艺流程生产。工艺条件及所用的聚酯都列在表1中。表1还列出在S%的皮丝体积含量的皮芯型双组份长丝（将所有的有（S±0.1S）%的皮丝含量的皮芯型双组份长丝都计算在内）占相应长丝总体积的百分比P%。报告出的P（%）是在相应纱丝各不同点取10个截面得出的平均数。
P值证明了依据本发明生产的纱丝其均匀性是可取的。同时，纱丝中单根皮芯型双组份长丝的直径D也可谓均匀的，因为它们同样在约（D±0.1D）的范围内。
Figure 901035688_IMG2
实施例10-15（见表2）
例10-15讨论轮胎帘线的生产及其性能的测定。
为此目的，芯丝聚合物采用相对粘度为2.04的聚酯。皮丝的材料在例10及11中选用尼龙66（PA66），而在例12至15中采用尼龙66及0.3%重量的聚（m-二甲苯己二酰二胺）的混合物（在表中标出PA66+添加剂）。此混合物对聚酯以及对弹性材料，特别对橡胶具有极好的粘附性。
每根芯丝与皮丝的组分不经过拉伸，仍采用图2所示的工艺一次用900m/min，另一次用500m/min的速度。流阻器是用R.V.S.60丝网。此网是由不锈钢丝织成。在横向和纵向都是每吋60根金属丝。这种商业上通用的丝网的钢丝直径是0.16mm。
纺丝板要采用图4-6所描述的。
在例14及15中，一根0.4m长的加热管直接放在纺丝板下面，以试验推迟冷却的效果。工艺条件的选择列于表2中。
Figure 901035688_IMG3
然后将所得的纱丝在拉伸装置中进行拉伸。这包括纱丝从筒子上退出进到第一台三辊拉伸机再进入第二台三辊拉伸机，然后由此经过一段10米长的蒸汽加热装置，纱丝在此受到250℃温度的处理，接着纱丝进入第三台三辊拉伸机，並保持着拉伸速度进行卷绕。七辊机保持75℃的温度。
例10-15选用的纱丝拉伸比及拉伸速度列于表3，表中七辊机拉伸比是指纱丝通过七辊机后可取得的拉伸比。总牵伸比是根据第一台和第三台三辊拉伸机的速度差异而得的。
Figure 901035688_IMG4
用此方法得到的纱丝的性能列于表4的“纱丝”的栏目中。表中LASE  1%（N）是指纱丝在承受使其伸长率为1%的载荷时的强度（N），LASE  2%及LASE  5%亦是同样的解释。
HAS  4′/160℃是指纱丝以5mN/tex的载荷暴露在160℃下4分钟后产生的纱丝热空气收缩率。
所得到的纱丝，分别都以1100（Z472）X2（S472）的结构制成轮胎帘线。此结构轮胎帘线的性能同样列入表4标有帘线的栏目中。
在此状态下得到的帘线，在一般情况下要涂以粘附剂。为此目的，帘线以5N的张力在120秒中连续通过一个150℃的炉子，然后通过溶液，再在5N的张力下在45秒中通过一个240℃的炉子。溶液由以下成分组成：
软水，
氢氧化钠溶液，
间苯二酚，
甲醛，
VP胶乳，
氨水。
用此方法处理的帘线性能同样列于表4标有“浸渍帘线”的栏目中。
P与S是仅指纱丝的，因此这些数值在“帘线”和“浸渍帘线”的栏目中没有，而仅在“纱丝”的栏目中列出。
Figure 901035688_IMG5
Figure 901035688_IMG6

Claims (19)

1、含有或不含有单组份长丝的皮芯型双组份长丝组成的纱丝，其中皮芯型双组份长丝的芯丝和皮丝是由可纺聚合物挤压而成，同时至少几乎全部的皮芯型双组份长丝具有完整的皮丝，其特征在于：每根皮芯型双组份长丝具有其相应的皮芯型双组份长丝总体积(S±0.1S)%总皮丝含量的皮芯型双组份长丝占纱丝全部皮芯型双组份长丝的百分比P%应同时符合下列条件：
P≤100
S≥0.5
P≤30+(0.1S)8。
2、根据权利要求1所述的纱丝，其中
P≥40+7（0.1S）8
3、根据权利要求1所述的纱丝，其中
P≥50+100（0.1S）8
4、根据权利要求1所述的纱丝，其特征在于至少60%的皮芯型双组份长丝有（S±0.1S）的皮丝含量，其中S的体积百分比为S≤9%。
5、根据权利要求1所述的纱丝，其特征在于：至少70%的皮芯型双组份长丝有（S±0.1S）的皮丝含量，其中S的体积百分比为1%≤S≤7%。
6、根据权利要求1所述的纱丝，其特征在于：至少75%的皮芯型双组份长丝有（S±0.1S）的皮丝含量，其中S的体积百分比为3%≤S≤6%。
7、根据权利要求1-6的一个或多个权利要求中所述的纱丝，其特征在于：皮芯型双组份长丝的芯丝由聚对苯二甲酸乙二（醇）酯（PET）组成，而皮丝由尼龙66（PA66）组成。
8、根据权利要求1-6的一个或多个权利要求中所述的纱丝，其特征在于：皮芯型双组份长丝的芯丝由PET组成，而皮丝是由PA66和聚（m-二甲苯己二酰二胺）的混合物组成。
9、根据权利要求1-6的一个或多个权利要求中所述的纱丝，其特征在于：皮芯型双组份长丝中的芯丝由PA46组成，而皮丝由PA66组成。
10、根据权利要求1-6的一个或多个权利要求中所述的纱丝，其特征在于：皮芯型双组份长丝中的芯丝由高粘度的PET组成，而皮丝由低粘度和PET组成。
11、根据权利要求1-6的一个或多个权利要求中所述的纱丝，其特征在于：皮芯型双组份长丝中的芯丝由PET组成，而皮丝是由PET和PVDF的混合物组成。
12、生产依据前述任何一个权利要求中所述的纱丝的工艺过程，其间芯丝组分以多根单独丝流输入，经第一纺丝板进入第二纺丝板，在第一与第二纺丝板之间，每根芯丝组分的单独丝流都被正在那里输入的皮丝组分所包覆，两种组分连成一体纺丝、拉伸並卷绕，其特征在于：至少在芯丝组分单独丝流的周围，皮丝组分承受到流阻。
13、根据权利要求12中所述的工艺，其特征在于：所用的流阻器是一个为每个单独丝流开有一孔的金属丝网。
14、根据权利要求12或13中所述的工艺，其特征在于：所用的流阻器的渗透性在10-11至3×10-10m2之间。
15、根据权利要求13中所述的工艺，其特征在于：金属丝网每吋有30至500根金属丝。
16、根据权利要求12至15的一个或多个权利要求中所述的工艺，其特征在于：生产单组份长丝，将流阻弄得很大，使皮丝组分未能进入各个丝流，未能形成包覆，而生产出单组份长丝。
17、根据权利要求12至16中的一个或多个权利要求中所述的工艺，其特征在于：皮丝和/或芯丝组分，可用熔融纺丝法。
18、根据权利要求12至16中的一个或多个权利要求中所述的工艺，其特征在于：皮丝和/或芯丝组分，可用溶液纺丝法。
19、根据权利要求12至18中的一个或多个权利要求中所述的生产皮芯型双组分单丝工艺，其特征在于：所用的第一块及第二块纺丝板每块只有一个喷丝孔。
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