CN1054405C - 一种纺丝和拉伸聚酰胺的连续加工方法及其设备 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种纺丝和拉伸聚酰胺纤维的连续加工的方法，它包括：
(a)熔融聚酰胺和通过一个喷丝嘴从熔融的聚酰胺中纺出长丝；
(b)使长丝骤冷；
(c)施加纱线整理剂于长丝上；
(d)由一套蒸汽和加热装置对长丝进行蒸汽和加热处理，该装置包括一个蒸汽箱和至少一个被加热的导丝辊；
(e)拉伸长丝；和任选地
(f)使长丝变形。
所获得的长丝具有低收缩性，高结晶度和高百分含量的α型结晶。

Description

一种纺丝和拉伸聚酰胺的连续加工方法及其设备
聚酰胺纱丝一般是通过如下过程而制成：熔融纺成一股或多股长丝，然后被卷绕在一筒上，停留一些时间(有时指延迟时间)，随后在第二步被拉伸和变形。此两步法制成的纱线具有高结晶度和低收缩性。此外，在两步法制成的纱线中高百分含量的结晶是α型，它比γ型结晶稳定。
一步法，常指纺丝-拉伸-变形方法(SDT)，它已被有效地发展，但它制成的纱线在热定形过程中具有低结晶度和高收缩性。此外，与两步法纱线相比。这些纱线包含较低百分含量的稳定的α结晶。这些纱线的缺点在于它具有与同等的热定形产品不同的旦数。
另一个缺点在于这些纱线的非常光滑的表面，它将导致在加工纱线成织物时纱线-导辊间的高摩擦力。从而表现出不希望有的不均匀性，如条纹。
为了解决后一问题，美国专利3,414,646描述了一种制备聚碳酸酰胺长丝的方法，它在拉伸步骤前使用蒸汽对长丝进行处理。美国专利3,761,556披露了一种制备卷曲的聚酰胺纱线的方法，它包括在进行拉伸和卷曲之前的一种两步蒸汽加工方法。
为了改进染色的尼龙线的耐臭氧裉色性，美国专利4,396,570描述了纺丝和拉伸尼龙6长丝的连续方法，它在拉伸之前使用蒸汽在一腔室中对纤维进行处理。
本发明的一个目的是提供一种纺丝和拉伸聚酰胺纤维的连续方法，该方法用来制备具有高结晶度、较高百分含量的α结晶和低收缩性的聚酰胺纱线。另一个目的是提供一种用于此方法的设备。
本发明的目的可通过纺丝和拉伸聚酰胺纤维的连续方法而实现该方法包括：
a)熔融聚酰胺，然后通过一个喷丝嘴从被熔融的聚酰胺中纺出长丝；
b)使长丝骤冷；
c)施加一种纱线整理剂于长丝上；
d)由一套蒸汽处理和加热装置对长丝进行蒸汽和加热处理，该套装置包括一个蒸汽箱和至少一个被加热的导丝辊；
e)拉伸长丝；和任选地
f)对长丝进行变形。
纺丝和拉伸聚酰胺长丝的连续方法是已知的，例如，根据美国专利3,414,646、3,761,556和4,396,570。在这里将它们引入本文作参考。
聚酰胺以普通术语“尼龙”而众所周知，它是长链合成聚酰胺。尼龙以二胺和二元羧酸中原子数来区分，例如尼龙6/6表示由六亚甲基二胺和己二酸通过缩聚得到的聚合物。其它尼龙类是由仅仅一种反应性单体类(如氨基羧酸或内酰胺)得到的。聚氨基己酸是由己内酰胺聚合得到的，公知是“尼龙6”。商业上可购的和用于本发明目的的是所有直链可熔融纺丝的聚酰胺。优选用于本发明目的的是尼龙6，尼龙66，尼龙6/10，尼龙6/12，尼龙11，尼龙12，尼龙66T尼龙6I6T，它们的共聚物，及它们的混合物，特别优选的是尼龙6。
在步骤(a)中，聚酰胺被熔融在一挤压机中，然后通过一个喷丝嘴纺成长丝。这些长丝在步骤(b)中被流动骤冷介质，如空气，骤冷。
在步骤(c)中，一种长丝整理剂，如100％的油或包含5至30％整理剂固体的水质乳液。被施加于长丝上。整理剂被计量施加于纤维上或使用一接触双辊被施加于纤维上。合适的整理剂可包括如下组分：酯类，植物油类，烷氧基化的植物油类，烷氧基化的酸类，烷氧基化的二元酸类，烷氧基化的山梨(糖)醇的酯类，烷氧基化的脱水山梨(糖)醇类，烷氧基化的烷基苯酚类，和磷酸酯类。优选的整理剂包含植物油类，烷氧基化的二元羧酸类和磷酸酯类或包含酯类，植物油类，烷氧基化的植物油类，烷氧基化的烷基苯酚类，和磷酸酯类。
在步骤(d)中，由一套蒸汽处理和加热装置对长丝进行蒸汽和加热处理，该套装置包括一个蒸汽箱和至少一个被加热的导丝辊。在蒸汽箱中使用蒸汽对长丝进行处理，其中蒸汽温度在约60℃至约180℃，优选约100℃至约150℃，最优选约120℃至约140℃。
在一个优选的实施方案中，长丝从蒸汽箱外部通过，其中蒸汽箱由蒸汽发生器喷口各自释放蒸汽，该喷口具有直径约0.1至约2.0mm。优选约0.5至1.0mm。
在一个优选实施方案中，在步骤(d)中喷口数目对应于所使用的阶梯式导丝辊上的阶梯数。
优选蒸汽箱被安置在两个导丝辊之间。
喷口释放蒸汽优选在蒸汽箱的两侧，其中蒸汽作用在通过的长丝上。为了让长丝以较好的直线状通过喷口，蒸汽箱的喷口被安置在狭槽中。这种蒸汽箱的优点是不存在冷凝水问题，因为蒸汽会被释放到空气中和蒸发掉。冷凝在蒸汽箱中的水通过排水管被分离出。对于长丝从蒸汽箱内部通过的实施方案，存在问题在于长丝上有水冷凝下来。
在步骤(d)中，优选使用两个导丝辊，至少其中一个能被加热。导丝辊可被电加热或蒸汽加热到温度为约60℃至约180℃，优选约100℃至约160℃，最优选约120℃至约160℃。
长丝绕过两个导丝辊和蒸汽箱约1至约50次，优选约5至约30次，最优选约10至20次。
在这种加热过程中，长丝拉长约10％至约20％。为了调节这种伸长率，对于导丝辊的尺寸，本发明一个优选实施方案使用至少一个阶梯式导丝辊。该导丝辊优选具有与长丝的卷数一样多的阶梯数。阶梯数可在约1至约50，优选约5至约30，最优选约10至约20个阶梯数。
为了减少任何一种摩擦，优选使用两个阶梯式导丝辊，它们的直径逐阶梯变化约0.2％至约10％，或者，在使用一个阶梯式导丝辊的情况下，让这一数值翻一倍。
可以使用两个以上的导丝辊，但不是特别需要。还可使用一个以上的蒸汽箱，但也不是特别需要。
基于长丝的速度在约5至40米/秒，优选在约10至约20米/秒，那么，长丝在蒸汽和加热装置中的停留时间是在约1至约9秒，优选在约2至约4秒。
拉伸步骤(e)是在一个能被加热的拉伸导丝辊上进行，拉伸比在约1.1至约5.0，优选在约2.0至约4.0。
任选的变形步骤(f)是在现有技术中公知的，可利用蒸汽、空气、热空气、溶剂，水，卷曲辊，等等。优选使用一种利用蒸汽或热空气的变形喷头。
测定尼龙6纤维的结晶相中α和γ结晶的百分含量的方法，在现有技术中是公知的，而极好的参考文献是R.F.Stepaniak，A.Garton，D.J.Carisson，和E.S.Clark，Journal of Applied Polymer Science，21卷，P2341(1977)。测定尼龙纤维中百分结晶度在现有技术中是公知的，它一般是由所测得的纤维密度值和固有的密度值计算非晶和结晶相(百分含量)。
由这种方法制成的长丝表现出一种休珀巴(Superba)收缩(在129℃通道中测得)，其值在约18％至约20％，作为对比，不使用这种蒸汽和加热处理的长丝的收缩率在约25％至28％。使用乳液整理剂和应用这种处理，则收缩率在18％以下。在117℃通道中测得的休珀巴收缩率将从未处理长丝的约17-19％降至由本发明方法制备的长丝的约9-12％。
在图1中，由喷丝嘴纺成的长丝1，通过骤冷装置2，然后通过涂覆整理剂的装置3，长丝继续绕过导辊4，到达蒸汽和加热装置，该装置包括导丝辊5，它可被加热、蒸汽箱6和能被加热的导丝辊7。长丝可绕过两个导丝辊5、7和蒸汽箱6几圈(在图2中有18圈)。然后继续绕过导辊8到达纺丝导辊(能被加热并附带一个从动辊9a)，进一步到达拉伸导丝辊10(能被加热并附带一个从动10a)。
长丝从拉伸导丝辊10继续到达变形装置11，随后到达冷却装置12，再从牵引导丝辊13上绕过到达卷取装置14，在其上长丝被一个卷绕机卷取。
图2表示蒸汽和加热应用装置，它包括阶梯式的导丝辊5和7(能够被加热)和蒸汽箱6，它们全部连接在板15上。阶梯式导丝辊5和7包括阶梯5a和7a。蒸汽箱6包括蒸汽喷嘴6a，它位于狭槽6b中。蒸汽通过管6(c)进入蒸汽箱，而通过排放管6(d)被排出。优选蒸汽箱在另一侧具有同样的布置。
实施例1
使用图1和图2中所示的设备，尼龙6、具有相对粘度为2.7[BASF的Ultramid BS-700TM，相对粘度是以1％(重量)的溶液(在100ml96％(重量)硫酸中形成的)于25℃测定的]。其切片在下述条件下被熔融，挤出和加工：聚合物温度，℃                     270出料量，克/分钟                    256聚合物压力，psig(MPa)              2000(1.37)整理剂类型                         植物油类，烷氧基化二酸类
                                 和磷酸酯类的配方整理剂标准，％                     1.5在图1和2中导丝辊5和7的进           800速度(第一步)，米/分钟在图1和2中导丝辊5和7的导出         936速度(最后一步)，米/分钟在图1和2中导丝辊5和7的温度，在测试过程中变化：℃                          环境温度，90、125、140和150  在图1和2中蒸汽箱6中               在测试过程中变化：蒸汽压力，psig(KN)                无，53(36.5)在图1和2中蒸汽箱6中               在测试过程中变化：蒸汽温度，℃                      无，140纺丝导丝辊速度，米/分钟           变化：800为对照和有蒸汽箱为960纺丝导丝辊温度，℃                变化：50为对照和有蒸汽箱为80拉伸导丝辊速度，MPM(米/分钟)      2400拉伸导丝辊温度，℃                185变形蒸汽温度，℃                  190变形蒸汽压力psig(KN)              85(58.6)牵引导丝辊速度，MPM               2130(米/分钟)牵引导丝辊温度，℃               环境温度卷取速度，MPM(米/分)             2020卷取张力，克                     100
实施例2
除了整理剂类型是酯类，植物油类，烷氧基化植物油类，烷氧基化烷基苯酚类和磷酸酯类的水乳液之外，其它同实施例1。
实施例3，对照
除了不用任何蒸汽和热处理之外，其它同实施例1。
实施例4.对照
除了不用任何蒸汽和热处理之外，其它同实施例2。
实施例5，对照
尼龙6切片是以普通的两步纺丝和拉伸方法进行加工。
                                                           表
                                          蒸汽箱处理的SDT纱线与对照物的性能比较
       蒸汽加热装置
  实施例  整理剂类  型   导丝辊5和7温度℃     蒸汽压力(psi/KN)  蒸汽温度℃     旦    ％拉长率   韧度(gpd)   129℃休珀巴收缩％  117℃休珀巴收缩％    密度(g/cc)   结晶类型％α   结晶类型％γ   总的％结晶度
  1    纯     150    53/36.5  140    1272*   34.6   2.42     18     -   1.128    85    15     43
  2   乳液     150    53/36.5  140    1097   30.3   2.36     17     10   1.133    95     5     47
 3对照    纯      -       -   -    1111   40.0   3.36     25     17   1.127    63    37     42
 4对照   乳液      -       -   -    1084   36.7   2.88     28     19   1.127    64    36     42
 5对照   乳液      -       -   -    1111   44.0   2.05     15     6   1.141    96     4     53
*1300旦的指标

Claims (11)

1.纺丝和拉伸聚酰胺长丝的连续加工方法，其中包括：
(a)熔融聚酰胺和通过喷丝嘴从熔融的聚酰胺中纺出长丝；
(b)使长丝骤冷；
(c)将纱线整理剂涂敷长丝上；
(d)通过蒸汽和加热装置对长丝进行蒸汽和热处理，该装置包括蒸汽箱和至少一个被加热的导丝辊；以及
(e)拉伸长丝；和任选地
(f)使长丝变形。
2.根据权利要求1的方法，其中所述蒸汽温度约60-180℃。
3.根据权利要求1的方法，其中所述导丝辊温度约60-180℃。
4.根据权利要求1的方法，其中所述长丝在蒸汽与加热装置中的停留时间约1-9秒。
5.连续纺丝和拉伸聚酰胺长丝的设备，其中包括：
(i)联接了喷丝嘴的挤压机；
(ii)设置在挤压机和喷丝嘴下游、使挤出的长丝骤冷的装置；
(iii)设置在长丝骤冷装置下游、将纱线整理剂涂敷在长丝上的装置；
(iv)设置在纱线整理剂涂敷装置下游、对长丝进行蒸汽和热处理的装置；以及
(v)设置在蒸汽和加热处理装置下游的拉伸长丝的装置，
而所述蒸汽和热处理装置是包括蒸汽箱和至少一个能被加热的导丝辊的蒸汽和加热装置。
6.根据权利要求5的设备，其中所述导丝辊是阶梯式导丝辊。
7.根据权利要求6的设备，其中所述阶梯式导丝辊具有约1-50个阶梯。
8.根据权利要求6的设备，其中所述阶梯式导丝辊的直径逐阶梯变化约0.2％-10％。
9.根据权利要求7的设备，其中所述阶梯式导丝辊的直径逐阶梯变化约0.2％-10％。
10.根据权利要求5-9中任何一项的设备，其中进一步包括能被加热并具有约1-50个阶梯的第二个阶梯式导丝辊。
11.根据权利要求5的设备，其中蒸汽箱的至少一侧具有多个蒸汽喷嘴，并且该蒸汽箱设置在两个导丝辊之间以使长丝通过喷嘴。
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