CN1060827C - 聚酯全伸展丝的高速一步法纺丝工艺、装置及其锡克斯热管 - Google Patents

Abstract

一种聚酯全伸展丝(FSY)的高速一步法纺丝工艺、装置及应力诱导取向结晶纺丝(SICS)热管。所述工艺为，(1)熔融聚酯从喷丝孔挤出，并经侧吹风窗作初步冷却；(2)丝束进入一所述的槽状SICS热管，管内顺序设温度均匀区、温度在120～240℃的应力诱导取向结晶区及冷却区，丝条在该结晶区内的应力为0.8～1.55×10⁸达因/cm²；(3)上油、加网络，以2000～6000米/分的速度卷绕得全伸展丝。本发明的纺丝工艺成本低、操作方便，所纺丝性能优异，所述热管适用于通常的纺丝装置中。

Description

聚酯全伸展丝的高速一步法纺丝工艺、装置及其锡克斯热管

技术领域

本发明涉及化学纤维生产工艺中的聚酯纤维的纺丝工艺及其装置，更具体地说，本发明涉及一种聚酯长丝FSY(全伸展丝)的高速、一步法纺丝工艺、装置及该装置中所用的应力诱导取向结晶纺丝(Stress Induced Crystall-Spinning，简称SICS，锡克斯)热管。

背景技术

迄今为止，用于化纤聚酯纤维等的熔融纺丝工艺有先拉伸、后加热(定型)的二步法工艺和拉伸、加热同时完成的一步法纺丝工艺。另外，工业化生产所要求的化纤聚酯丝通常要求其所纺丝的大分子晶体结构处于最佳的全取向的状态。以往的FDY(Full Drown Yarn)丝，又名“全拉伸丝”是用两只拉伸辊对丝束作人为的拉伸，故对于纤维中大分子结构中的“结晶区”和“无定型区”的控制往往不够理想，所生产的丝仍是不完全的取向结晶。而本发明的聚酯丝，其大分子结构的取向为一“瞬时”分子结构网络在临界条件下的“自动”伸直、伸展的全取向过程，其中的“结晶区”和“无定型区”处于最佳的伸展状态。因此，本发明的全伸展丝的结构特征可以包括已有的FDY丝，且可具有FDY丝所没有的结构特征和性能，因而，将本发明的丝称为全伸展丝FSY(Full Stretch Yarn)。

又如本技术领域的技术人员所熟知的，由于制造聚酯长丝的二步法工艺通常具有成本高和后加工能力不足等缺陷，因此，近二、三十年来，人们一直致力于制造聚酯长丝的一步法工艺的研究。

现有的聚酯高速一步法的纺丝方法的工业化生产有下列几种：

1．纺丝速度在4000米／分以上、设有热导丝辊的高速纺丝、拉伸连合工艺，即，全拉伸丝纺丝工艺；

2．纺丝速度在4000米／分以上、在一个加热管中同时进行拉伸和定型的工艺，即，热结晶丝(TCS，Thermal Crystal Spinning)的纺丝工艺；

3．纺丝速度在4000米／分以上、设有拉伸装置及一个可加热的导丝辊的流体动力纺丝工艺；

4．纺丝速度在5500米／分以上、无导丝辊的超高速的、全取向丝(FOY，Fully Otiented Yarn)的纺丝工艺。

上述工艺存在的共同的问题是，其所需的纺丝(卷绕)速度都在4000米／分以上；在纺丝成形的机理和过程上，都是在纺丝线上先冷却，以完成部分取向丝(POY)的纺丝工艺，然后，再加热、牵伸得到全牵伸丝。这样，上述纺丝方法或者投资较大，生头困难；或者适用范围有限；或者丝条在纺丝过程中的伸长控制困难，难以推广。

例如，前述的FDY纺丝工艺采用热盘式热辊，其卷绕速度须在4000米／分以上；侧吹风冷却完成预拉伸取向后，还须在热盘或热辊上将丝条加热至120℃以上，就有困难；产品范围通常在1～2旦。另外，需用价格昂贵的超高速卷绕机和拉伸热盘，且机器运转时磨损大，损耗严重，成本高，生头困难；又如，TCS工艺需用高压吸枪生头，其产品均匀性虽好，但只适用于细旦丝的生产；再有，TCS工艺中，其伸长较难控制在30％以下；而流体动力学的纺丝工艺则因生产难度大，而难以推广。

现有的聚酯纤维熔融高速纺丝成形理论论为，纺丝速度是一步法工艺中的关键，且认为，以2000米／分以下的纺丝速度得到的纤维丝是一种不稳定的未拉伸的丝(Undrawn Yarn，UDY)，而以3000～4000米／分之间的速度高速纺丝得到的纤维丝为一种部分取向(予取向)的丝(Poly Oriented Yarn，POY)，6000米／分以上的超高速纺丝才可直接以一步法纺制。而以4000～6000米／分之间的纺丝速度需用热盘或热管等昂贵的机械设备才可能制得全牵伸丝。然而，即便这样，现有的熔融高速纺丝成形机理仍然是，先取向，后拉伸，所得到的丝的结晶仍是不完全的取向结晶。

针对上述问题，本发明的申请人之一在其已授权的、专利申请号为“89103843．4”、发明名称为“聚酯纤维的一步法制造方法及装置”的中国专利说明书中公开了一种不需要附加加热装置的、纺程可为较短的、纤维均匀性较好的、在3000～3800米／分的卷绕速度下一步法制得的全牵伸或全取向聚酯长丝的制造方法和装置。然而，由于该专利文献公开的技术未完全控制纤维中的细颈化取向结晶现象，即，没有对在细颈化取向结晶的现象前后的条件一致、均匀及该细颈化取向结晶相变的路径、外界对结晶过程的干扰等作完全的控制，因此，该专利公开的技术也仍存在着其纺丝过程的抗干扰性差、条干易不匀、品种范围较窄及纺丝不稳定的问题。

此外，德国的Bamarg公司曾生产了一种TCS热管，以用于TCS工艺，然而，该装置能耗大(联苯加热，0．5KW／束丝)，笨重(热管带热箱共重1．5吨)，纺丝时需用14Kg的高压吸枪，；另外，纺丝速度也须在4000米／分以上，其工艺仍旧是先冷却，后加热，且，伸长不易控制在30％以下。

本发明的发明人在上述其本人的公开专利的基础上进一步作了研究，发现，在高温状态下，使纤维中的无规取向的大分子网络在临界的非平衡相变的条件下，一步取向结晶，完成一步法工艺，由此，可克服上述缺点，由2000～6000米／分、特别是3000～6000米／分的纺丝速度、以低投资低成本，制得从细旦到粗旦(20dtex-300dtex／丝，0．4-6dtex／单纤)的任一品种的聚酯丝，所述聚酯丝具有包括现有的FDY、FOY、FCY、TCS等产品的性能，称之为全伸展丝-FSY，从而完成了本发明。

本发明的目的之一在于，提供一种聚酯全伸展丝(FSY)的高速、一步法的纺丝工艺，所述聚酯全伸展丝为其支数在细旦至粗旦(20dtex-300dtex／丝，0．4-6dtex／单纤)内的任一品种，所述聚酯全伸展丝纺丝操作简便，具有优异的染色均匀性、可染性及强度(＞3．6CN／dtex)、伸长(在强度＞3．6CN／dtex的条件下，伸长中心值为16～60％)。

本发明的又一目的是，提供一种低成本的上述聚酯全伸展丝(FSY)的高速、一步法的纺丝工艺，所述FSY的一步法纺丝工艺流程短，纺丝生头操作方便，纺丝速度可在2000～6000米／分，特别是在3000～6000米／分内变化，所需纺丝张力低。

本发明的又一目的在于，提供一种聚酯全伸展丝(FSY)的高速、一步法的纺丝工艺用的纺丝装置，本发明的装置由在喷丝板下方的侧吹风窗侧安放一个应力诱导取向结晶纺丝热管-简称SICS(锡克斯)热管，即可在高温条件下，使纤维中的无规取向的大分子网络在临界的非平衡相变条件下，一步取向结晶，完成一步法纺丝的主要工序，制得丝的旦数范围广、强度大、染色性能优异的全伸展聚酯丝。

本发明的再一目的是，提供一种聚酯全伸展丝(FSY)的高速、一步法纺丝工艺用的应力诱导取向结晶纺丝热管-简称SICS(锡克斯)热管，将该SICS热管安装于普通的纺制聚酯丝用的喷丝板下方，即可制得如上所述的、旦数范围广、强度大、染色性能优异的全伸展聚酯丝。

发明综述

本发明的聚酯全伸展丝(FSY)的高速、一步法纺丝工艺包括下述步骤：

1．熔融聚酯从喷丝孔挤出，并经侧吹风窗作初步冷却；

2．丝束进入一个长为50～1500mm、正面(前方)开槽的槽状应力诱导取向结晶纺丝(SICS)热管，所述热管内设三个工作区：温度均匀区、应力诱导取向结晶区及冷却区，所述应力诱导取向结晶区的温度设为120～240℃，使丝条在该区的应力范围在0．8～1．55×10⁸达因／cm²；运动丝条在所述应力诱导取向结晶区中一步完成拉伸，取向结晶。

3．上油、加网络，以2000～6000米／分、特别是3000～6000米／分的卷绕速度卷绕得到所述的全伸展丝。

在本发明的聚酯全伸展丝(FSY)的高速、一步法纺丝工艺中，所述SICS热管中的温度均匀区的温度为90～200℃，所述冷却区的温度为室温下。

在本发明的聚酯全伸展丝(FSY)的高速、一步法纺丝工艺中，所述SICS热管中应力诱导取向结晶区中的丝条的表面温度为一系列指数曲线分布。该指数曲线系列由SICS热管的结构所决定，曲线系列中的每一条曲线确定一种FSY产品的结构和牵伸度，且每一曲线的选择由上述温度均匀区和应力诱导取向结晶区内的温度而设定。

在本发明的聚酯全伸展丝(FSY)的高速、一步法纺丝工艺中，对每一所述SICS热管以5～75w／个功率通电加热，使其中温度均匀区和应力诱导取向结晶区的温度分别在90～200℃和120～240℃。

在本发明的聚酯全伸展丝(FSY)的高速、一步法纺丝工艺中，所述SICS热管分别为独立的管状结构，且其重量为0．5～2kg。

在本发明的聚酯全伸展丝(FSY)的高速、一步法纺丝工艺中，所述的SICS热管为一开槽的矩形管，矩形的截面尺寸(一边长)为20～50mm．槽宽为0．2～20mm，槽深为10～20mm，热管距喷丝板距离＜0．5米。

在本发明的聚酯全伸展丝(FSY)的高速、一步法纺丝工艺中，所述SICS热管二端独立进行控温，控温精度在±0．1℃。

在本发明的聚酯全伸展丝(FSY)的高速、一步法纺丝工艺中，丝条与热管的接触、丝条所受的张力及丝条的导出都由3～30个优选9～18个工业宝石来完成。所述工业宝石为红宝石或蓝宝石(Al₂O₃的单晶体)，其直径为φ2～20mm，其表面均匀地分布有0．1-3微米的球状晶体颗粒。所述红宝石或蓝宝石的前端可形成有20～60°的斜面，以便于将丝条导入热管。

用于本发明的聚酯全伸展丝(FSY)的高速、一步法纺丝工艺的一步法FSY纺丝装置包括下述部件：

喷丝板，侧吹风窗，置于喷丝板的下方、侧吹风窗旁侧内设导丝槽的应力诱导取向结晶纺丝(SICS)热管，顺序安装于热管的下游侧的上油装置、网络喷嘴及卷绕装置。所述侧吹风窗用于对丝条的初步冷却。所述应力诱导取向结晶纺丝热管内设三个工作区：温度均匀区、应力诱导取向结晶区及冷却区，所述应力诱导取向结晶区的温度设为120～240℃，使丝条在该区的应力范围在0．8～1．55×10⁸达因／cm²。

在本发明的聚酯全伸展丝(FSY)的高速、一步法纺丝装置中，所述温度均匀区的温度设为90～200℃，所述冷却区温度在室温下。

在本发明的聚酯全伸展丝(FSY)的高速、一步法纺丝装置中，所述SICS应力诱导取向结晶纺丝(SICS)热管为一长50～1500mm、一侧开有导丝槽的槽状管子，从运动丝条输入端顺序至输出端分别为温度均匀区、应力诱导取向结晶区及冷却区。从上述输入端至输出端顺序间隔地设有3～30个优选9～18个工业宝石制导丝器(棒)，对丝条施以加张力、定位及导出作用，在上述应力诱导取向结晶区内可设有内置电热丝的工业宝石制导丝器。另外，可在整个丝条运动的导丝槽内侧设置加热片。所述加热片或和电热丝一起构成本发明的SICS热管中的温度场，以达到SICS热管中三工作区所需的温度范围。

在本发明中，加热片的加热温度通过设定在70～180℃，电热丝的加热温度通常可设在80～240℃。

在本发明的聚酯全伸展丝(FSY)的高速、一步法纺丝装置中，对每一所述SICS热管中的加热片和电热丝以5～75w／个的功率通电加热，使其中工作区温度保持在如上所述的范围。

在本发明的聚酯全伸展丝(FSY)的高速、一步法纺丝装置中，所述SICS热管分别为独立的管状结构，且其重量为0．5～2kg。

在本发明的聚酯全伸展丝(FSY)的高速、一步法纺丝装置中，所述SICS热管为一开槽的矩形管，矩形的截面尺寸(一边长)为20～50mm，槽宽为0．2～20mm，槽深为10～20mm。

在本发明的聚酯全伸展丝(FSY)的高速，一步法纺丝的装置中，所述SICS热管二端独立进行控温，控温精度在±0．1℃。

另外，在本发明的聚酯全伸展丝(FSY)的高速、一步法纺丝装置中，丝条与热管的接触、丝条所受的张力及丝条的导出都由3～30个工业宝石来完成。所述工业宝石为红宝石或蓝宝石(Al₂O₃的单晶体)，其直径为φ2～20mm，其表面均匀地分布有0．1-3微米的球状晶体颗粒。所述红宝石或蓝宝石的前端可形成有20～60°的斜面，以便于将丝条导入热管。又，在本发明的FSY的纺丝装置中，由宝石所给予丝条的张力可通过宝石在热管中的位置移动刻度来显示。

在本发明的聚酯全伸展丝(FSY)的高速、一步法纺丝工艺中，纺丝(卷绕)速度可优先取用3000～4200米／分。

用如上所述的本发明的聚酯全伸展丝(FSY)的高速、一步法纺丝工艺及其装置，可以制得旦数范围在20～300dtex(单纤纤度为0．4～6dtex)的细旦至粗旦的聚酯全伸展丝，所述的全伸展丝强度大，为＞3．6CN／dtex，其伸长的中心值在16～60％(强度＞3．6CN／dtex)的范围；其可染性及染色均匀性优异，M染色率为95～100％。本发明的聚酯(FSY)丝的伸长可以控制在20％以下，其生产投资低，可与POY工艺兼容，且包括FDY、TCS、POY等的性能，本发明制得的全伸展丝可不需进一步的处理，直接用于针织和机织生产。

根据本申请的发明人吴嘉麟先生的非平衡熔融纺丝稳定性的理论，熔融高速纺丝过程用现代物理学的混沌动力学过程来描述。

在化纤丝的整个纺程中，纤维从喷丝头挤出到卷绕机卷绕抽取，组成了一个从输入(喷头)到输出(卷绕抽取)的稳态的非平衡系统。本发明所述的FSY工艺即是在非平衡的系统中，大分子网络从无序转变到有序的临界相变现象。产生这种有序既可以是纤维的分子结构的空间有序-它决定相变后的纤维强伸度；也可以是产生时间有序-该现象即使在没有外界干扰的情况下，在理想的纺丝条件下，仍将引起不规则的时间振荡，产生纤维的条干不匀，应而称为混沌不匀。

从上述理论出发，在上述非平衡(细颈化取向结晶)的相变过程中，必须对稳定区域中的临界参数，即，温度、应力和松弛时间(即，热管长度)的变化加以严格控制。在本发明中，所述的控制由一个热管，即，应力诱导取向结晶纺丝热管-简称SICS(锡克斯)热管来完成。利用该热管完成的聚酯的高速、一步法纺丝工艺称之为FSY(FullStretch Yarn)工艺。

在本发明中，按混沌动力学的稳定轨道理论设计的SICS热管是本发明的主要特征，其所具有的结构也是本发明的关键。

本发明由在喷丝板的下方、侧吹风窗的旁侧安放一个长为50～1500mm、槽状的应力诱导取向结晶纺丝热管，所述热管内设三个工作区：温度均匀区、应力诱导取向结晶区及冷却区，所述应力诱导取向结晶区的温度设为120～240℃，由此，可在2000～6000米／分，特别是3000～6000米／分的纺丝速度下，即可用同一热管以一步法同时完成拉伸和热定型，制得纤度范围广，强度大且染色性能优异的全伸展丝。

吴嘉麟先生的非平衡熔融高速纺丝理论的耗散结构成形理论又说明，在非平衡的相变过程中，任何有序结构的产生都须耗散能量。纺丝应力也可按此耗散理论分解为二部分：其一部分为与纤维自身的有序取向结晶结构有关的有序应力(或称内应力)：其另一部分为形成有序结构必须耗散的耗散应力。由试验得到的聚酯纤维熔融高速纺丝生产线上的纺丝应力的表达式如下：σ(x)＝Aexp{△Eco／(T+273)}dv／dx+cT△n(dyne／cm²)＝98．50exp{2035／(T+273))dv／dx+1．34×10⁶T△n(dyne／cm²)(见J．L．Wu et al．，《International Polymer Processing》25，1，(1986))

上式右边的第二部分即为反应纤维的内部结构的内应力，这是一个大分子网络运动的慢过程的贡献，与长程有序运动有关；其第一部分为产生内应力的耗散应力，这是一个链段快过程取向运动对应力的贡献，与纤维的短程松弛运动有关。

上式中，△n为细颈化取向结晶相变之前纤维的双折射率，不同的△n可获得不同的结晶度和强伸度，且与纺丝速度无关。当△n达到临界值(△n=0．2)时，大分子网络运动将与长程有关，并凝聚一取向结晶。

发明人认为，“细颈化取向结晶”现象是纤维大分子的各取向运动单元的新型非平衡临界相交现象，在临界应力作用下，取向运动发生“自相似”，“瞬间”大分子网络沿应力方向发生自伸展，即，凝聚一取向结晶。同时发生结晶热量，而临界应力即取向活化能△Eco．。对涤纶(PET)来说，△Eco为16．9KJ／mol，由此，又可求得临界应力

σc＝0．8-1．55×10⁸达因／cm²。

由此，又可确定本发明的热管温度。当外力做功达到此能量时，则不论原先的状态如何，整个大分子在外力作用下全伸展，产生细颈化取向结晶。此也即FSY工艺的原理。

由上式表明，应力σ、温度T及时间(由dv／dx有表征)可确定Δn的大小，再由选定的最大dv／dx值确定热管的长度、热管不同位置及不同dv／dx值时的温度和应力值，从而得到一系列应力曲线、温度曲线及dv／dx曲线，确定FSY产品的取向度和结晶度，也即确定FSY的强伸度。

根据上述理论，在本发明中，采用SICS热管，并将该热管设为三个区域，温度均匀区、应力诱导取向结晶区及冷却区，且该三个工作区的温度分别设定为90℃～200℃、120～240℃以及室温；设定热管长度为50～1500mm；，设定卷绕速度在2000～6000米／分，较好的是在3000～6000米／分，优选速度在3000～4200米／分，再配以其它的一些热管的结构特征，即可使在热管内的丝条的应力达到0．8～1．55×10⁸达因／cm²；并从而制得所需强度的丝。

由上可见，控制SICS热管的细颈化取向结晶的临界条件是得到本发明的具有不同结构(取向度、结晶度)、不同强伸度的FSY产品的一个关键。

关于纺丝应力，除了上述的一些因素之外，通常选用比同种规格的POY纺丝工艺中的卷绕张力稍大10～30％的纺丝张力，增强其纺丝应力，而无需冷盘超喂。

另外，在具体的操作中，通过在热管内部设置可对丝条施加适当的应力的宝石制的导丝棒，以对高速运动进入热管的高温粘弹性的丝条作应力的稳定的控制，这是本发明的一特征和关键。

采用工业宝石，可以满足本发明的纺丝应力对导丝棒的特殊大小及表面特征的特殊要求。工业宝石除了具有永久的耐磨性以外，其在高速、高温摩擦时的摩擦系数也非常稳定。表1给出了直径皆为6mm，且表面光洁度也都相同的五种不同的材料在高速纺丝线上的动态张力波形及因粘滞阻力产生跳动现象和毛丝现象的情况。

表1中，粘弹性丝条的温度为180℃，单纤纤度为1．2dtex，纺丝速度为3200米／分。用高速纺丝动态张力传感器测定其动态张力波形，动态张力分辨率为10mg。运动丝条的张力波动由运动丝条上的每隔2cm所得的张力值显示。

                        表1

由上表可见，除了工业宝石外，其它几种材料都因粘滞阻力而产生不稳定的跳动，产生毛丝。

本发明的工业宝石的表面光洁度在13以上，并在其表面作了特殊处理，使该宝石在与丝条接触的表面部位上均匀地分布了0．1～5微米的Al₂O₃球状晶体颗粒。然而，丝的单纤直径为5～20微米，因此，当其运动时，总能落在几粒晶粒组成的凹槽内。微细的凹槽的高光洁度保证了高温、高速运动的微细纤维不产生任何毛丝，从而，使满卷为9kg的丝并毛丝数小于1个，完全符合工业化生产的要求。

由于FSY工艺是基于非平衡相变的临界现象理论的纺丝方法，即，在SICS热管中，纤维已完成了细颈化取向结晶的相转变，已变成了稳定的结构，因而，不再需用热定型，从而，本发明的FSY工艺也不再需用另外的热盘或热辊，其结晶度可达或超过50％的最大结晶度。这也是其它工艺所难以做到的。

以下，结合附图，用本发明的实施例来进一步说明本发明。

附图说明

图1a为FSY纺丝工艺流程示意图，图1b为图1a中步骤2及3中的纤维大分子的网络无规则运动和纤维大分子系统在临界条件下，在非平衡临界相变中，产生细颈化取向结晶的微观结构示意图。图中，1为喷丝板，2为侧吹风微冷却装置，3为SICS热管，4为上油嘴，5为网络喷嘴，6为卷绕装置。图1b中，201为表示高温粘流态纤维在侧吹风微冷却下，大分子网络作无规运动，301表示，纤维大分子结构在临界条件下，作非平衡临界相变，系统发生“自组织”现象，产生细颈化取向结晶，这可形象地看作无规网络的伸展。

图2a为图1中用作SICS热管的SICS-1型热管3a结构的正面示意图，图2b为上述3a热管中的应力诱导取向结晶区的放大示意图，图2c为上述热管的A-A向剖视图。图中，7为红宝石导丝棒，8为蓝宝石管，9为电热丝，10为加热片。

图3为本发明的SICS热管的SICS-2型热管3b的结构示意图。

图3a为主视图，图中，20为未集束的运动丝条，7a-7i为红宝石导丝棒(器)。图3b为图3a中的应力诱导取向结晶区的加力装置的结构示意图，图中，17为二固定销，18为经集束的从图3a的应力诱导取向结晶区出来的运动丝条。图3c为图3a的SICS热管的剖视图。

实施例

实施例1使用SICS-1型热管的纺丝工艺及装置

在图2中，7a为直径为5mm的红宝石导丝棒，用于输入丝条的7b～7i可以是3～7根直径均为3mm的红宝石导丝棒，其中7c可为直径8mm的红宝石导丝棒，上述导丝棒起了运动和定位丝条的作用。8为外径20mm、内径14mm的蓝宝石管，对丝条施加临界张力。蓝宝石管内装有电热丝9和测温铂电阻。电热丝的加热功率为5W，加热温度通常设定为80～240℃。铂电阻显示温度，其控温精度在±0．2℃。7d可为直径5mm的红宝石棒，起导出丝条的作用。

整个SICS热管长400mm，其中，槽宽3mm，槽深10mm。热管的截面为其前部一具有60°角度的三角形和其后部一矩形的组合，如图2c所示。使用时，使该截面的三角形部分对准侧吹风窗，使热管均匀散热，从而，在丝条、热管和侧吹风窗之间建立起稳定的热传导系统，这也是非平衡态纺丝的基本条件之一。

当丝条从导丝棒7a进入热管槽中时，多根导丝棒7b～7i对该丝条进行定位并施加张力，同时，受到热管3a中的加热片10的加热。加热片10的加热温度通常设定在70～180℃之间。在本发明中，加热片10与电热丝9所产生的两个加热区可确定运动丝条的温度曲线变化，合适的该二区的温度将给出运动丝条在临界相变时的一条稳定的轨道。热管本体3a的结构设计考虑到了上述二区温度区间的热传导和温度分布。另外，在图2b中，蓝宝石管8可起加力作用，可以控制丝条的微小的位移，且该位移可用机械或电子的方法读出。7与8的位移皆可调整SICS热管中的丝条的张力。

使用本实施例的SICS热管在普通的POY纺丝线上进行纺丝，卷绕速度为3500米／分，切片的特性粘度为0．64，喷丝板的孔径为0．23，孔数为48孔。纺丝纤维的总旦数达110dtex。

另外，在SICS热管中，10的设定温度为113±0．2℃，9的设定温度为158±0．2℃。导丝加力棒8的施加张力由高速纺丝动态张力仪测得其精确的张力平均值为7．5CN，张力波动的变异系数(CV)为3．7％。

在上述POY的纺丝线上，用本发明的SICS热管所纺得的涤纶丝，其强度为4．1CN／dtex，强不匀为2．5％，伸长为34％，伸不匀为4．2％，乌斯特条干不匀率为1．05％，纤度不匀率为0．35％，沸水收缩率为7．1％。

另外，以上述SICS热管及其工艺，也生产了下述规格的聚酯丝：87dtex，56dtex，76dtex，165dtex等，其某些工艺参数和品质参数列于下表2。

                          表2

纤度dtex／f	纺丝速度M／min	强度CN／dtex	伸度(％)	一等品率(％)	生产情况满卷率(5kg)
						56／48	4000	3．9	33	95	98％
56／48	3200	3．7	28	93	98％
						76／24	3200	3．6	35	95	96％
165／36	3300	4．4	22	93	95．5％
						165／48	3500	4．1	34	96	98％

上述聚酯长丝的各种性能指标系采用工业化生产中测量聚酯牵伸丝的一般方法和仪器进行的，所遵照的标准为GB8960-88。

实施例2采用SICS-2型热管的纺丝工艺及装置

如图3所示，SICS热管的截面为正方形(40×40mm²)，槽宽6mm，深18mm，槽总长740mm。本实施例中的SICS热管中的槽设为三个工作区：未集束丝条的(均匀)加热区，应力诱导取向结晶区和冷却区。未集束丝条的(均匀)加热区的温度设定为120±0．2℃，应力诱导取向结晶区(丝条表面)的温度设定为175±0．2℃，冷却区的温度设定为室温。

热管3b采用金属外壳，其外采用通常的高速纺丝生产线所使用的侧吹风装置，侧吹风的温度设定为20～22℃，风速为0．3米／分。

丝条20通过直径为7mm的二个红宝石导丝器7b′、7c′，并经由6～7个直径7mm的红宝石导丝器7d′，7e′，7f′，7g′，7h′，7i′及／或再加上7j′组成的上述应力诱导取向结晶区，在此取向、结晶、受力后，经冷却区冷却，经加油、网络卷绕，成为聚酯FSY。

在本实施例中，卷绕速度为3600米／分，涤纶切片的特性粘度为0．64，制得纺丝为110dtex／48f。加力装置11、12对丝条施加张力为38CN。卷绕丝的强度为4．1CN／dtex，伸长为28％，乌斯特条干不匀率为0．91％，满卷率为99％，一等品率为98％。

实施例3采用SICS-3型热管的纺丝工艺及装置

所用SICS热的外形尺寸基本上同实施例2的SICS热管，热管的截面为38×38mm²的正方形，槽宽为6mm，槽深为18mm。另一不同之处在于，SICS-3型热管中的应力诱导取向结晶区中的红宝石导丝器中的7I的位置可以左右平移，且该位置平移的分辨率为0．01mm，可由安放在热管体外的一机械结构显示。纺丝张力在18～48CN。表3给出了用本实施例的SICS热管作熔融高速一步纺丝法制得的FSY聚酯丝的性能测试结果。

                       表3

纤度dtex／f	纺丝速度M／min	强度CN／dtex	伸度(％)	一等品率(％)	生产情况满卷率(5kg)	网络度
							110／48	4000	3．8	18	96	97	15
110／48	4200	3．9	28	98	99	18
							187／48	3600	3．7	33	98	99	16
256／72	3200	3．6	33	95	94
							76／95	3300	3．4	28	96	97	20
76／32	4800	4．1	26	97	96	15
							76／34	3000	3．4	40	95	95	18
56／24	4200	3．8	28	96	93	18

另外，上表中第二项产品的沸水收缩率为4．4％，条干不匀为0．81％。

实施例4

以实施例1～3中的热管和工艺，制得110dtex／48f用的异收缩纤维丝。

发明效果

综上所述，根据本发明人的熔融、高速纺丝的混沌动力学理论，在普通的喷丝板下的侧吹风窗下侧安放一SICS-内设三温度区的应力诱导取向结晶纺丝热管，即可在2000～6000米／m，特别是在3000～6000米／分范围中的任一速度下，以熔融，高速一步法制得旦数范围在20～300dtex、单纤纤度在0．4-6dtex、强度在3．6-4．6CN／dtex的染色性能优异的全伸展丝。该聚酯丝包括了FOY、POY、FDY、FCY等的性能。另外，本发明FSY工艺还特别地适用于对现有的POY生产线进行改造。

Claims (14)

1．一种聚酯全伸展丝的熔融、高速一步法纺丝工艺，其特征在于，

(1)．熔融聚酯从喷丝孔挤出，并经侧吹风窗作初步冷却；

(2)．丝束进一入一个长为50～1500mm的槽状应力诱导取向结晶纺丝热管，所述热管内设三个工作区；温度均匀区、应力诱导取向结晶区及冷却区，使丝条在该区的应力范围在0．8～1．55×18⁸达因／cm²；

(3)．上油、加网络，以2000～6000米／分的卷绕速度卷绕得到所述的全伸展丝，

所述热管中温度均匀区的温度为90～200℃，所述应力诱导取向结晶区的温度为120～240℃，所述冷却区的温度为室温下，所述槽状热管为一侧开槽矩形管，矩形的截面尺寸为20～50mm；

所述热管中，丝条所受的张力及丝条的导出都由3～30个工业宝石制导丝器来完成。

2．如权利要求1所述的纺丝工艺，其特征在于，

所述槽状热管的槽宽为0．2～20mm，槽深为10～20mm。

3．如权利要求1所述的纺丝工艺，其特征在于，

所述工业宝石制导丝器为Al₂O₃单晶体的红宝石或蓝宝石棒或管，其直径为φ2～20mm，其表面均匀地分布有0．1～3微米的球状晶体颗粒。

4．如权利要求3所述的纺丝工艺，其特征在于，所述红宝石或蓝宝石的前端形成有20～60°的斜面，以便于将丝条导入热管。

5．如权利要求1所述的纺丝工艺，其特征在于，所述丝条所受的张力及丝条的导出由9～18个工业宝石制导丝器来完成。

6．一种聚酯全伸展丝的高速、一步法纺丝装置，所述装置包括：

喷丝板，用于对丝条作初步冷却的侧吹风窗，安装于所述喷丝板的下方、侧吹风窗旁侧的50～1500mm长、内设导丝槽的应力诱导取向结晶纺丝热管，上油装置，网络喷嘴及卷绕装置，其特征在于：

所述应力诱导取向结晶纺丝热管内设三个工作区：温度均匀区、应力诱导取向结晶区及冷却区，所述应力诱导取向结晶区的温度设为120～240℃，所述温度均匀区的温度为90～200℃，所述冷却区温度设为室温下；

所述热管为一开槽的矩形管，矩形的截面尺寸在20～50mm；

所述热管槽内设有3-30个工业宝石制导丝器。

7．如权利要求6所述的聚酯全伸展丝的高速、一步法纺丝装置，其特征在于，所述开槽热管的槽宽为0．2～20mm，槽深为10～20mm。

8．一种用于聚酯长丝的高速、一步法纺丝装置的应力诱导取向结晶纺丝热管，其特征在于：

所述热管为一侧开槽的矩形管状结构，矩形截面尺寸在20-50mm；

所述槽内侧设有加热片和3～30个工业宝石制导丝器。

9．如权利要求8所述的应力诱导取向结晶纺丝热管，其特征在于，所述热管的槽宽为0．2～20mm，槽深为10～20mm。

10．如权利要求8所述的应力诱导取向结晶纺丝热管，其特征在于，所述应力诱导取向结晶纺丝热管内设三个工作区：温度均匀区、应力诱导取向结晶区及冷却区，所述应力诱导取向结晶区的温度设为120～240℃，所述温度均匀区的温度为90～200℃，所述冷却区温度为室温下。

11．如权利要求8所述的应力诱导取向结晶纺丝热管，其特征在于，所述热管中设有9～18个工业宝石制导丝器。

12．如权利要求8或11所述的应力诱导取向结晶纺丝热管，其特征在于，所述工业宝石制导丝器为Al₂O₃单晶体的红宝石或蓝宝石棒或管，其直径为2～20mm，其表面均匀地分布有0．1～3微米的球状晶体颗粒。

13．如权利要求8所述的应力诱导取向结晶纺丝热管，其特征在于，在所述应力诱导取向结晶区内的蓝宝石导纱器内设有电热丝。

14．如权利要求8或11中任一项所述的应力诱导取向结晶纺丝热管，其特征在于，所述红宝石或蓝宝石的前端形成有20～60°的斜面，以便于将丝条导入热管。

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