CN1090608A - 改进的工业聚酯纱线高应力纺丝法 - Google Patents

Abstract

本发明提供聚对苯二甲酸乙酯纱线的高应力纺 丝方法以得到机械性质改善的纱线。本发明的方法 是用聚对苯二甲酸乙酯聚合物料通过喷丝板纺丝进 行的，该喷丝板有很多排喷丝孔，其中至少一排喷丝 孔大于相邻排的喷丝孔。先让从较大喷丝孔出来的 纤丝与急冷介质接触，然后再与从较小尺寸的喷丝孔 出来的纱线接触，以这种方法使纱线急骤冷却。随后 拉伸所述的纱线，所用的拉伸比至少约为该纱线的最 大拉伸比的85％左右。

Description

本发明涉及生产高应力纺丝的工业聚酯纱线的改进方法。更具体地说，本发明涉及改进的高应力工业聚酯纱线的纺丝法，其中聚酯聚合物在高应力下纺丝以产生在纺出时具有较高双折射的纱线，随后再以进一步或多步进行拉伸。

过去十年中，工业用聚酯纱线的高应力纺丝所生产出的纱线已在商业上取得显著成功。

这些被称作高模数低收缩（HMLS）或者尺寸稳定的聚酯（DSP）纱线已经成为各种制品（包括轮胎、三角皮带、软管等）增强用的优选聚酯纱线，这些纱线在性能上有许多优点。例如在轮胎中可以减少侧壁起伏不平并改善行驶里程数和性能。此外，这类纱线还具有改进的功能特性，因此在纱线反复拉伸和松弛过程中产生的热量较少。

高应力纺出的工业用聚酯纱线及其生产方法最早是在授予Davis等人的美国专利第4，101，525和4，195，052号中披露的，这两篇专利均在本说明书中列作参引资料。如Davis等人的专利中所披露的聚酯纱线及其一产方法大大改善了聚酯增强产品。此外，授予Mcclary的美国专利第4，414，169号公开了一种改进方法，采用改善的处理条件以生产高应力纺丝并在线拉伸（in-line）的纱线。这项专利也在本说明书中列作参引资料。

总而言之，高模数低收缩（HMLS）纱线是在高应力条件下对具有高特性粘度的聚对苯二甲酸乙酯聚合物进行熔体纺丝（这样纺出时纱线的双折射大于约9×10^-3），随后对纺出的高双折射纱线进行拉伸而生产的，拉伸用于改变或改进纱线的物理性质，例如强度，模数和收缩性。

在拉伸过程中纱线极易受到机械损伤，导致断裂的纤丝和/或向外伸出纱束的圈环，这在本行业中称作摩擦散损。断丝一般是由于试图在接近该种纱线所能达到的最大拉伸比下拉伸纱线以优化纱线性能所造成的。一般来说，已知当纱线纺出时的双折射增大时，该种纱线所能达到的最大拉伸比就会降低;但是正如Davis等人以及McClary的专利中所全面阐述的，为了改善内部纱线结构的稳定性，希望有较高的纺出时双折射。

与普通型工业用纱线产品相比，HMLS产品一般会强度偏低一些（以韧度衡量）。由于这种纱线的强度低于以往的工业用聚酯纱线，一般的拉伸过程往往是在接近于可能达到的最高条件下操作以获得最高强度和/或优化其它性质，这反过来导致有可能增加前述的摩擦散损数量。虽然通过降低拉伸条件的苛刻程度可以减少摩擦散损，但其结果则可能是强度较低的产品或者缺乏其它最佳性质的产品。

为了改进纱线韧度（即强度）和/或减少机械损伤（即减少拉伸后纱线中摩擦散损的数量），曾经提出过许多工艺改进方案。这类建议包括改进过程的均一性以及用于纱线纺丝的聚合物的均一性。此外也曾建议用下列方式改进工艺方法，即改善加热控制（例如在喷丝板处），急冷的均匀性，整饰的类型和施用方式，改善拉伸和卷绕过程的质量和均匀性。但总起来说所取得的成功十分有限。

授予Roth等人的美国专利第4，514，350号和4，605，364号公开了聚酯纤丝熔体纺丝用的方法和设备，其中熔融的聚合物通过单块喷丝板上至少两排不同大小的喷丝孔挤出，随后使之急冷。靠近急冷源的喷丝孔的直径大于远离急冷源的喷丝孔直径。按照该专利，用特性粘度（Ⅳ）为0.62的聚合物经过直径范围为0.009英寸至0.010英寸的喷丝孔纺丝成为纤维。所得的纤丝其纤丝束内双折射的变异性大大减低，而纤丝之间旦数的变异性则明显增大，这就可能改善所得纤丝中染料摄入的均一性。

对于高应力纺丝的工业用聚酯纤维，许多常用的工艺改进不会在最终产品中实现所希望的变化，而在其它情况下，这类改进又不能完全适用或有效，这是由于在高应力纺丝阶段加在熔融聚合物物流上的高应力和/或在随后的拉伸阶段施加在纤丝上的较大的拉伸力。

本发明提供改进的方法以生产高应力纺丝的聚对苯二甲酸乙酯工业用纤维。本发明的方法可提供与以往的高应力纺丝工业用聚酯纱线强度（即韧度）相当的多纤丝纱线，同时显示较低程度的摩擦散损。本发明的方法也可以提供与以往的高应力纺丝聚对苯二甲酸乙酯纱线相比韧度较高的多纤丝聚酯纱线，而同时其摩擦散损程度相等或稍低一些。因此用本发明的方法可以改善纱线的机械性，包括摩擦散损程度和/或纱线强度。

本发明的方法如下进行：使具有较高特性粘度Ⅳ（宜高于0.8分升/克，dl/g）的熔融的聚对苯二甲酸乙酯通过有多排喷丝孔的喷丝板挤出，喷丝孔的平均直径在约0.015英寸和约0.035英寸之间（0.38毫米至0.89毫米）。至少有一排喷丝孔的孔径要大于相邻一排喷丝孔的孔径。从喷丝板出来的纤丝通过急冷区，在那里用气体介质依次扫经从各排喷丝孔出来的一排排纤丝以使纤丝急冷，其中急冷介质的走向是先接触从较大喷丝孔排中出来的纤丝，再接触从较小喷丝孔排中出来的纤丝。用足以提供高于约20×10^-3纺出时双折射的应力从急冷区抽出多纤丝纱线，随即拉伸所纺出的纱线，宜在一级或多级中（以两级为好）达到至少约为其最大拉伸比的85%，总拉伸比宜为约1.6至约2.4之间，这取决于纱线纺出时的双折射。所述的喷丝板宜包括至少约5排喷丝孔，相邻喷丝孔排之间的平均直径差宜在约0.00005英寸至约0.0003英寸之间（0.0013毫米至0.0076毫米之间）。

虽然原因尚未完全了解，但已发现本发明的纺出状态下的多纤丝纱线不呈现纤丝直径变异，这与用所有喷丝孔孔径相同的喷丝板纺丝所得的纺出纱线中所观察到的纤丝直径变异是根本不同的。此外，按照本发明所得的纺出纱线可以用较高拉伸比拉伸以产生较高韧度而不会明显增大纱线的摩擦散损程度，和/或在与以往商售HMLS纱线所用的同样的拉伸比下拉伸，但呈现较低的摩擦散损程度。

在本发明较好的实施方案中，多孔喷丝板的平均孔径大小在约0.020英寸和约0.030英寸之间（0.51毫米至0.76毫米）。聚合物特性粘度宜大于约0.90分升/克，多纤丝纱线从急冷区抽出所用的条件宜足以使纺出纱线的纺出时双折射大于约30×10^-3。还希望从急冷区抽出多纤丝纱线的速度应大于约5000英尺/分（1500米/分），纺出的纱线宜随即拉伸以提供约7.0克/旦或更高的韧度。

虽然迄今为止一般都是认为多纤丝高应力纺丝聚酯纱线所能达到的最大韧度主要取决于纱线纺出时的双折射以及用于纱线纺丝的聚合物的特性粘度，但根据本发明已发现，即使纱线纺出时的双折射和聚合物特性粘度保持恒定水平，仍有可能大大增加纱线的韧度。由于不明显增加纱线的摩擦散损（即纤丝断裂）而能够达到较高的韧度，本发明也就提供了一种方法，用这种方法可以得到高韧度而不要求所用的拉伸比达到或接近预计会出现明显纤丝断裂的程度。

在构成本发明的一个组成部分的附图中：

图1示意说明按照本发明进行HMLS纱线纺丝用的较适宜的方法和装置;

图2为较适用的椭圆形喷丝板的部分底视图，为了说明起见其中相邻喷丝孔排之间喷丝孔直径的差别作了夸大，图中急冷流体的流向用箭头表明;

图3为图2中的喷丝板沿3-3线所取的截面图。

图4为用纺出的纱线所得的拉伸后纱线的韧度与摩擦散损数之间的关系说明图，这些纺出的纱线具有基本相同的双折射性质，是分别由孔径恒定的喷丝板和各排之间喷丝孔径不同的喷丝板纺丝而成的。

在以下的详细描述中，为了能实际使用本发明，介绍了各种较适用的本发明实施方案，但是，显然在描述这类较好实施方案时所涉及的各种术语都是用到它们的描述含义而不是为了加以局限。还有一点是很显然的，即在以下描述的主旨范畴内，本发明很容易进行多种多样的变动和修改。

图1表示了实施本发明的方法所适用的一种过程和装置。在图1中，聚对苯二甲酸乙酯从物料源（未示出）经管线10加料至喷丝板12。用于本方法中的熔融可纺丝聚对苯二甲酸乙酯物料中含有至少85%（摩尔）的聚对苯二甲酸乙酯，至少含有90%（摩尔）的聚对苯二甲酸乙酯较好。在一特别适用的本方法实施方案中，所述的聚对苯二甲酸乙酯物料基本上全都是聚对苯二甲酸乙酯。另外也可以在聚合过程中与少量的一种或多种除乙二醇和对苯二酸以外的能生成酯的成分或者它的其它成酯衍生物（例如对本二甲酸二甲酯）共聚合。例如在熔融可纺丝的聚对苯二甲酸乙酯物料中含有85%至100%（摩尔）（宜为90%至100%（摩尔））聚对苯二甲酸乙酯结构单元和0%至15%（摩尔）（宜为0%至10%（摩尔））非聚对苯二甲酸乙酯的共聚合酯类单元。可用于和聚对苯二甲酸乙酯共聚合的其它成酯成分的说明性例子包括二醇类（如二甘醇、亚丙基二醇、四亚甲基二醇、六亚甲基二醇等）和二羧酸类（如间苯二酸、六氢化对苯二甲酸、联苯甲酸、己二酸、癸二酸、壬二酸等）。在与熔融可纺丝聚对苯二甲酸乙酯物料的物理混合物中也可以存在有少量的活性剂，如特性粘度改性剂、封端剂或类似的物质，例如苯基缩水甘油醚，环氧乙烷等。

所述的聚对苯二甲酸乙酯可以方便地通过多级连续聚合过程生成，在此过程中连续聚合得到的聚对苯二甲酸乙酯直接从最终一级聚合容器加料至喷丝板。另一种方式也可以是通过熔化先前生产的聚对苯二甲酸乙酯切片以提供聚对苯二甲酸乙酯物料，这种切片又可以是按照以下各种常用方法中的任何一种制备，这些方法中包括连续聚合，分批聚合和/或事先生成的聚对苯二甲酸乙酯切片的固态聚合。

在本方法中，挤出之前所用的聚对苯二甲酸乙酯应选其特性粘度（Ⅳ）为约0.6至约2.0分升/克，大于约0.8分升/克的较高Ⅳ较好，最好是大于约0.90分升/克。所述聚对苯二甲酸乙酯的特性粘度可由下式方便地确定：

$\mathrm{IV}=\underset{c-o}{\lim }\left(\frac{\ln {\mathrm{\η}}_r}{c}\right)$

式中η_r为“相对粘度”，它是用该聚合物稀溶液在25℃下测得的粘度被同样温度下测得的所用溶剂（邻氯酚）的粘度相除而得到，C为所述溶液中聚合物的浓度，以克/100毫升表示。

回到图1，熔融的聚对苯二甲酸乙酯通过包括喷丝板14在内的纺丝组件12挤出，纤丝16与急冷流体18接触而被急骤冷却，图中所示为错流急冷，急冷流体与喷丝板14表面上出来的纤丝接触。需要的话可在喷丝板14和急冷段18之间插入一个急冷延迟区。

图2所示为喷丝板14的部分底视图，图中示出的喷丝板为椭圆形（亦称作“矩形”或“跑道形”喷丝板）。如以下详细讨论的，这种构型并非限制性的。喷丝板14包括9排（20，21，22，…28）喷丝孔，从最靠近急冷源的喷丝板边缘开始排布，与急冷流体18的流向基本上成横向交叉。第一排20中的喷丝孔30的直径大于第二排21中的喷丝孔31的直径。类似地，依次各排22，23，24，…28的喷丝孔32，33，34，…38的直径递减，因而位于最远离急冷流体18源处的28排中的喷丝孔径为最小尺寸。相邻喷丝孔排之间的绝对尺寸变化在图2中以夸大的细节表示，这仅仅是为了说明之用。熟练技术人员都知道，典型的喷丝板可以包括两组或多组喷丝孔群，并呈相邻方式排列。

在喷丝板之后和纤丝急冷之前（在下面讨论也可以提供一个加热的环或罩（未示出）。提供这种选用的环的部分目的是为了对纺出时的双折射增加额外的控制，这在本领域中是熟知的。另外，在喷丝板之后和纤丝急冷之前也可以存在有一个“延迟或静止”区（未示出）。提供可选用的这种区段的部分目的是为了改进喷丝板表面上温度的均匀性，这在本领域中也是熟知的。

在图3中可以清楚地看到，在喷丝板14的表面15下方供入的急冷流体源18是这样安排的，即先与大喷丝孔30出来的纤丝接触，然后再与逐渐减小的喷丝孔31至38出来的纤丝接触。急冷流体一般为空气，可以方便地具有约10℃至约60℃之间的起始温度，例如从约10℃至约50℃，以约10℃至40℃较好，例如室温或25℃左右。当急冷流体18与喷丝孔30出来的第一排纤丝接触时，流体因为与热纤丝接触而逐渐变热，因此在急冷流体通过以20至28排喷丝孔出来的各排纤丝的流动方向上，在急冷流体中有一个逐渐上升的温度梯度。由于较冷的急冷流体与较粗的纤丝接触，而较热的急冷流体体则与较细的纤丝接触，因此纤丝的冷却速率（亦即急冷速率）在各排纤丝中更为均匀，这一点是与使用以往技术中的喷丝板相比而言的，后者的所有喷丝孔均为相同直径。如后面所更为详细地讨论的，已经发现，即使喷丝孔具有不同直径，在高应力纺丝中生成的多纤丝纱线中纤丝直径的变化与采用以往技术那样的恒定孔径喷丝板所产生的纤丝直径变化没有明显的不同。

回到图1，急冷后的聚对苯二甲酸乙酯纤丝16由第一组供料辊（包括一个从动辊40和一个偏置的分隔辊42）从急冷区抽拉出来。在与从动辊40接触之前，一般要让纱线与一个接触辊或类似装置（未示出）轻轻接触对纱线进行整饰。从动辊40一般工作于辊表面速度大于约3，000英尺/分（900米/分）的条件下，速度宜在约3，000和约15，000英尺/分（900至4，500米/分）之间，这样可以使从急冷区抽出的纤丝上受较大的应力，而且可以使纺出时的纤丝的双折射高于约20×10^-3，以高于约30×10^-3较好。

对于本领域熟练技术人员显而易见的是，纱线的纺出时双折射受以下因素影响：分子量（亦即聚合物的特性粘度），挤出和急冷时熔融聚合物的温度，喷丝板开孔尺寸，熔体挤出时聚合物料的通过速率，急冷温度以及从急冷区抽出纺丝所得纱线的速率。

离开急冷区时纺出的多纤丝纱线宜具有的每根纤丝的旦数（dpf）在约2和约15之间，以约3和约10dpf为好，多孔喷丝板最好包含数目从约50至约1500个或更多个喷丝孔，这样可以产生每股纱线含共约50至约1500或更多根纤丝的多纤丝纱线。

再次回到图1，由辊40和42从急冷区抽出的多纤丝纱线随后传至一对从动偏置辊44和46，这两个辊的转速高于从动辊40，这样纱线就在第一组辊40及42和第二组辊44及46之间的第一拉伸区50中受到拉伸。虽然图1所示的第一拉伸区为连续相接的拉伸区，但是从急冷区抽出的纺出纱线在送入分开的拉伸区（如经线拉伸或类似形式）之前也可以先卷绕起来。按照授予Mc  Clary的美国专利第4，414，169号的说法，在纱线通过第一拉伸区50时最好不对纱线施加外部热量。在第一拉伸区内的纱线宜以约20%至约80%的最大拉伸比值进行拉伸，这里所说的纺出纤丝物料的“最大拉伸比”一词的定义如下：该纺出纤丝物料在不发生断裂的条件下，在实际可行和可重复的基础上所能达到的最大拉伸比。

对熟练技术人员来说显然会了解，可用于纺出纱线的拉伸程度与纱线纺出时的双折射有关。在第一拉伸区内拉伸纱线所用的拉伸比宜为约1.1∶1至约1.75∶1，以约1.2∶1至约1.5∶1为好，具体取决于纱线纺出时的双折射。对熟练技术人员来说显然会了解，纱线在辊40及42和辊44及46中会环绕很多圈以提供辊与纱线之间足够的表面接触从而防止拉伸时过多的打滑。

第一拉伸区50中纺出纤丝的拉伸宜在纱线经由急冷区出来后立即以流线连续方式进行，但正如前面指出的，需要的话也可以采用分开的单独拉伸。本领域熟练技术人员会意识到，在第一拉伸区中实施拉伸所用的装置可以很容易地加以变化。

经第一拉伸区处理后，纱线随即通过第二拉伸区60并送至一对从动辊62及64，它们运转的表面速度又高于从动辊44及46的速度。根据纺出时的双折射，纱线在第二区内拉伸所用的拉伸比为约1.2∶1至约1.8∶1，以1.4∶1至1.8∶1为好，这样就使纺出纱线的总拉伸比达到约1.8∶1直至一定双折射下最大拉伸比值左右，总拉伸比以约1.9∶1至约2.3∶1为好。在通过第二拉伸区60时，纱线宜通过蒸汽喷口66而与热蒸汽接触。通过蒸汽喷口66而加到纱线上的水蒸汽的温度一般取决于纱线速度，旦数等。

在最终拉伸阶段中，宜使纱线与加热的拉伸辊接触而受热。如图1中所示，将最终拉伸辊62及64包在一个加热的拉伸隔室68中就能很容易地实现上述加热处理，加热隔室68保持温度范围为约190℃至260℃，以约200℃至约250℃为好。

已拉伸的纱线宜从第二组拉伸辊62及64卸出，最好在送往从动辊70及分离辊72时允许纱线稍微松驰一些。这种可共选用的松驰，调理或收缩步骤如下实现：即从动辊70运转的表面速度低于拉伸辊62及64的表面速度约1%至约10%。选用的收缩步骤是要进一步减弱最终纱线剩余收缩特性以及增加最终产品的伸长度。纱线在此之后收集在卷绕机74上。

按照本发明生产的纱线宜具有至少约6.5克/旦的韧度，以7.0克/旦为好（均在25℃下测量），韧度为至少8.0克/旦更好。拉伸性质（包括纱线的韧度，断裂时伸长率和一定负荷下的伸长率）可用Instron拉伸试验机方便地测定，测量用的样品长度为10英寸，应变率为每分钟120%。测量前纤维宜在70°F和65%相对湿度下陈化若干小时（例如48小时）。

空气中175℃下测量的收缩率（热空气收缩率一般低于8.5%，以低于7.0%为好，测量采用预热的烘箱，所加的负荷基本为零，先将10米长的纱线绕在1米的圆轮上形成一股铰线，取下后并成双股，挂在架上，接着加热30分钟，陈化（即从烘箱中取出，使之在没有任何负荷情况下冷却至室温）30分钟，测定收缩率。

图4中示出，按本发明纺出的聚对苯二甲酸乙酯纱线与以往技术方法相对比的结果。所有纱线均用同样的聚对苯二甲酸乙酯聚合物纺丝，纺出时纱线的特性粘度为0.91分升/克。采用了五种不同的喷丝板结构，每一种均具有相同于图2中所示的排布，只是喷丝孔径有所变化。在第一种喷丝板中（在图4中标为“对照”，所有喷丝孔具有同样的直径0.020英寸。在第二种喷丝板中（标为“20可变”），从排号20（见图2）开始每排喷丝孔尺寸递减约0.0001英寸，其中中间排（排号24）喷丝孔的直径为0.020英寸。在第三种喷丝板中（标为“23可变”），喷丝孔直径逐排变化0.0001英寸。这种情况下中间排（排号24）喷丝孔的直径约为0.023英寸。在第四种喷丝板中（标为“23固定”），所有喷丝孔具有相同的直径0.023英寸。在第五种喷丝板中（标为“25固定”），所有喷丝孔具有相同的直径0.025英寸。

纱线纺丝所用的条件能产生基本上相同的纺出纱线双折射值，约为31×10^-3。聚合物料通过速率和卷绕速度略作变化以便在纺出的纱线中达到基本上相同的双折射值。因此，对于直径较大的喷丝板孔，聚合物料通过量要减小，供料辊速要降低以保持纱线纺出时双折射及dpf基本恒定。纺出的纱线以变化在约1.95∶1与2.15∶1之间的总拉伸比进行拉伸，随后测量摩擦散损程度。

由图4可见，本发明中所用的喷丝孔尺寸有变化的喷丝板可以明显改善所得纱线的机械性质（即纱线在具有同样或较低的摩擦散损程度下具有同样或较高的韧度）。因而在曲线100（代表以往技术生产的纱线）中可以看到，如果将纱线拉伸到一定程度以使韧度达到约8.0克/旦以上，则纱线摩擦散损程度开始急剧增大。在采用变孔径喷丝板的曲线110中，与喷丝孔尺寸固定为0.020英寸的喷丝板相比，可以在相等或较低的摩擦散损程度下达到较高的韧度。类似地，曲线120和130证明，采用喷丝孔尺寸分别为0.025和0.023英寸的固定孔径喷丝板可以在相等或较低的摩擦散损程度下达到更高的韧度。在曲线140中可以看到，用平均喷丝孔尺寸为0.023英寸的变孔径喷丝板所生产的纱线具有最佳的韧度和较低的摩擦散损程度（与0.023或0.025英寸固定孔径喷丝板所生产的纱线相比）。

由图4可见，按照本发明使用的变孔径喷丝板能够提供最适宜的纱线摩擦散损程度和/或最佳的纱线韧度。由图4还可以看出，也可以变动喷丝板平均孔径以改善纱线韧度及摩擦散损程度。在这一方面，平均喷丝孔径取决于许多参数，包括所要求的纺出纱线每股纤丝的旦数（dpf）及双折射，聚合物料的特性粘度，纺出纱线的卷取速度，聚合物料的通过速率，聚合物料通过时的温度，急冷速率和温度。一般来说，当拉伸后纱线的dpf范围为约1至约5而纺出时的dpf范围为约3至约15时，平均喷丝孔径宜保持在约0.015英寸至约0.035英寸（0.38毫米至约0.89毫米）范围内，从约0.020英寸至约0.030英寸（0.51毫米至约0.76毫米）较好，从约0.022英寸至约0.025英寸（0.56毫米至0.64毫米）更好。熟练技术人员会了解，平均喷丝孔径在上述范围内也会有变化，这取决于聚合物料的特性粘度，聚合物料通过速率以及纺出纱线从急冷区抽出的速率。

虽然图2中所示的为椭圆形或矩形喷丝板，但显然采用圆形喷丝板、环形喷丝板和其它喷丝板设计也可以很好地应用本发明。例如采用流出式急冷的环形喷丝板，内圈喷丝板孔较靠近急冷流体源，因此与环形喷丝板外圈喷丝板孔相比，其喷丝孔直径较大。类似地，采用流入式急冷的环形喷丝板，则与环形喷丝板内圈喷丝孔相比，要让环形喷丝板外圈的喷丝孔有较大的孔径。对于采用错流急冷的圆形喷丝板来说，喷丝孔按其与急冷流体源的距离分成线性和非线性排，喷丝孔径亦如上所述变化。

喷丝板孔相邻两排之间的平均孔径变化宜在约0.00005英寸和约0.0003英寸之间（约0.0013毫米至约0.0076毫米之间）。喷丝孔相邻两排之间的平均直径差别在约0.0001英寸和约0.0002英寸（0.0025毫米和0.0051毫米）之间较好。根据聚合物特性粘度及通过速率，纱线的纺丝速度和纺出时dpf等因素，可对喷丝孔径作上述变化而不会明显改变纺出纱线中单根纤丝单个直径的变异程度（与喷丝孔径恒定的喷丝板所纺出的纤丝相比）。虽然不打算枸泥于理论分析，但是据认为用于产生HMLS纱线的高应力纺丝条件导致纤丝直径有一定变异程度，这样一来由于改变喷丝孔径尺寸所引入的变异度就容易被允许而不会明显影响纤丝直径的变异程度。在很多场合下，本方法改善了纺出纱线中纤丝之间双折射的变异度，而在其它场合下，纺出纱线中单根纤丝双折射的变异度看来是非常小的。不管怎么说，本发明方法提供了大大改善的急冷均一性，因而就如前面所讨论的那样，可以在以后的一个或多个拉伸阶段中得到改善的纱线韧度和/或摩擦散损程度。

按照本发明可以用各种方法实现喷丝板中排与排之间的喷丝孔径变化。例如，喷丝板孔排的一对相邻两排的孔径可以是不变的，而每对相邻孔排之间则有孔径变化。类似地，在有些情况下，可能希望仅仅每三排喷丝孔改变一下孔径，依此类推。此外，虽然每一排内的孔径以基本相同为好，但如果需要的话，同一排中的喷丝孔直径也可有所不同。

由于本发明提供的充分拉伸的纱线具有较高的强度水平而摩擦散损程度相当或较低，因此可以改变纺丝温度和聚合物料的特性粘度以改进过程的稳定性和/或降低过程成本而不致牺牲纱线的性能。所以，如果采用的原料聚合物的特性粘度低约0.01至约0.03Ⅳ单位，则应用本发明的方法仍能纺出多纤丝纱线，该纱线纺出时的双折射值保持相同，该纱线拉伸后的韧度及摩擦散损程度亦保持相同。

显然可见本发明很容易作多种变化。举例来说，前面是参照两级拉伸过来介绍本方法的，但是纺出的纱线也可以用单级或者是相互邻接或分开的多级拉伸使拉伸比达到约1.6∶1至约2.4∶1的范围，以约1.8∶1至约2.2∶1之间为好。此外，虽然在本发明较好的实施方案中，拉伸时或拉伸后对纱线进行加热，但是改变或取消所讨论过的这项加热措施也属于本发明范畴之内，例如前面提到的授予Mc  Clary的美国专利第4，414，169号中就讨论过这种加热措施。

在以下的实施例中，按下面所述的工艺数据纺出各种纱线。用前面指出的方法测定纤维的韧度及其它拉伸性能、纤维收缩和聚合物特性粘度。用干涉显微镜或装在偏光显微镜中的Berek补偿器可以按常规方法测定双折射值。摩擦散损数用TORAY摩擦散损计数器测定，该仪器带有DT104型纤丝头。这种光学系统可以根据被测纱线的类型调节灵敏度。对于工业用聚酯纱线来说，最低灵敏度定为1.0毫米这一较低的灵敏度值，在60秒钟时间内检测500英尺纱线。这样就使“摩擦散损”值可以有效地用于相对比较。

实施例1

在本实施例中加工制作了两块带分级喷丝孔的喷丝板（喷丝板A和B），每块喷丝板有两组喷丝孔，呈图2中所示的椭圆形排布。在每一排中喷丝孔的大小和数目（对每一组喷丝孔而言）如下所示：

喷丝板C为对照用喷丝板，与试验用喷丝板相比具有同样的椭圆构形，相同排数的喷丝孔以及每排中相同数目的喷丝孔。但在对照用喷丝板中，每个喷丝孔的孔径是相同的，均为20×10^-3英寸。

所有纱线均在大体上如图1所示配置的同样设备上纺出，物料通过速率为50至55磅/小时，纺出时纱线的特性粘度为0.87Ⅳ单位。急冷空气的温度保持为35℃左右。对每个喷丝板来说，采用恒定的卷绕速度12，000英尺/分;但拉伸比和聚合物料通过速率有所变化以使完全拉伸后的总旦数达到1，000。每种纱线的拉伸比从2.18∶1开始以0.06为增幅逐步提高，直到过程停止运行。测试拉伸后纱线的物理性质和摩擦散损。对纺出时的纱线则测试其双折射的变异程度。

下面的表2列出了对在拉伸比为2.44条件下纺出的纱线进行纱线性质比较所得的数据。

从以上数值可见，虽然双折射变异系数对孔径分级的喷丝板而言有所不同，但差别较小。虽然预期纺出时纱线直径的变异系数会有较大不同，但观察到的差别却很小。

下面的表3列出了在拉伸比2.54条件下用不同喷丝板得到的拉伸后纱线的性质比较。

可以看到，用喷丝孔分级的喷丝板所得的摩擦散损程度明显低于普通喷丝板。

总之，在同样条件下纺出纱线时，用孔径恒定的喷丝板所得纺出纱线的双折射要低于用喷丝孔分级的喷丝板所得纺出纱线的双折射。为了尽量减小预期的双折射差别的影响，对数据进行了分析以提供按喷丝板而言不同纺出纱线韧度下摩擦散损程度的比较。为此，用二次方程模型对每种喷丝板所得的纱线建立了回归计算公式。用这些回归公式算出相等韧度下的摩擦散损值并列在下表的表4中。

由以上数据可见，按本发明的方法用孔径分级的喷丝板所纺出的纱线其摩擦散损程度明显偏低。

实施例2

本实施例列出得到图4所示数据（前已讨论）所用的纺丝条件。所有喷丝板的排布和喷丝孔数均与前面实施例1中所用的相同。“对照”喷丝板和“20可变”喷丝板与前面实施例1中所用的相同。“23可变”喷丝板中1至9排喷丝孔的直径分别如下所列：数值为23.5;23.4;23.3;23.15;23.05;22.9;22.65;22.55;22.40（×10³英寸）。对“23固定”和“25固定”喷丝板而言，其恒定的喷丝孔大小分别为23×10^-3英寸和25×10^-3。

在每一种情况下，所说的纱线均用图1所示的配置纺丝。纱线在急冷区进行急冷，急冷空气的温度为35℃左右。所述的喷丝板与上面实施例1中讨论的相同。对“20固定”喷丝板来说，聚合物料通过速率约为53磅/小时，纱线从急冷区抽出的速率约为1，525米/分。对其余的喷丝板来说，聚合物料通过速率和从急冷区抽出速率略有增加以便在保持每股纤丝旦数相同的条件下使每股纺出纱线的双折射保持恒定。

结果已在前面讨论，很容易看到本发明的方法使拉伸后纱线的机械性质大大改善。

实施例3

重复实施例2并大大提高从急冷区抽出的速率。在这种情况下从急冷区抽出的速率约为2.125米/分。用“20固定”和“23可变”喷丝板纺出纱线。拉伸比从1.97∶1变化到2.212∶1，测定摩擦散损程度。聚合物料纺丝温度亦从约295℃变化到约300℃。用纺出时双折射大致相同（均为45×10^-3）的纱线进行比较，发现在同样的纱线韧度下，按照本发明纺出的纱线具有明显改善的摩擦散损程度。对于韧度为8.0克/旦的拉伸后纱线而言，采用本发明的方法使摩擦散损程度从50左右降低到15左右。

以上参照本发明较好的实施方案对本发明作了相当详尽的介绍，但是显然可见，在前面详细的说明书本文所描述的和后面所附的权利要求书中所定义的本发明主旨与范畴内，可以作很多修改和变化。

Claims (25)

1、改进的工业用聚对苯二甲酸乙酯多纤丝纱线高应力纺丝的方法，该方法包括以下步骤：

使熔融的聚对苯二甲酸乙酯通过喷丝板挤出，该喷丝板有很多排平均直径在约0.015英寸至约0.035英寸之间的喷丝孔，所说的各排中至少有一排的喷丝孔其孔径大于所说各排中相邻一排的孔径；

从所述的喷丝板出来的纤丝通过急冷区，在该区中气体介质依次扫过从各排喷丝孔出来的各排纤丝而使纤丝急骤冷却，其中急冷介质先与所述的较大喷丝孔中排出来的纤丝接触，然后再与所述的较小喷丝孔中排出来的纤丝接触；

在足以使所述的多纤丝纱线的纺出时双折射高于约20×10^-3的条件下，从所述的急冷区中抽出多纤丝纱线；

随后拉伸所述的纱线到至少为其最大拉伸比的85%；这样就可改进拉伸后多纤丝纱线的机械性质。

2、根据权利要求1所述的方法，其中所述的熔融的聚对苯二甲酸乙酯的特性粘度至少为0.80分升/克左右。

3、根据权利要求1所述的方法，其中所述的熔融的聚对苯二甲酸乙酯的特性粘度至少为0.90分升/克左右。

4、根据权利要求1所述的方法，其中所述的多纤丝纱线从所述的急冷区中抽出的速度为至少1，500米/分。

5、根据权利要求1所述的方法，其中所述的从所述急冷区抽出的多纤丝纱线以一定程度加以拉伸，使拉伸后纱线的韧度至少为6.5克/旦。

6、根据权利要求1所述的方法，其中所述的拉伸后纱线其拉伸程度能使拉伸后纱线的韧度至少约为8.0克/旦。

7、根据权利要求1所述的方法，其中所述的喷丝板包含至少约5排喷丝孔，其中平均喷丝孔直径在约0.020英寸和0.030英寸之间。

8、根据权利要求1所述的方法，其中相邻喷丝孔排之间的平均直径差在约0.00005英寸至约0.0003英寸之间。

9、根据权利要求8所述的方法，其中每个相邻的喷丝孔排具有不同的平均直径，其中相邻喷丝孔排之间的平均直径差在约0.0001英寸至约0.0003英寸之间。

10、根据权利要求1所述的方法，其中所述的多纤丝纱线从所述急冷区中抽出所用的应力足以使纺出纱线的双折射至少为30×10^-3。

11、根据权利要求1所述的方法，其中所述的拉伸步骤是在所述的纺出纱线存贮之后进行的。

12、根据权利要求1所述的方法，其中所述的拉伸步骤以一步完成。

13、根据权利要求1所述的方法，其中所述的拉伸步骤以多步完成。

14、改进的生产高强度工业用聚酯多纤丝纱线的方法，该方法包括以下步骤：

使特性粘度至少为0.90分升/克左右的熔融的聚对苯二甲酸乙酯经过喷丝板挤出，该喷丝板至少有5排喷丝孔，平均孔径在约0.020英寸至约0.030英寸之间，其中至少有一排的平均孔径大于相邻一排喷丝孔的平均孔径;

从所述喷丝板抽出的纤丝通过急冷区，在该区中气体介质依次扫过从所述的各排喷丝孔出来的各排纤丝而使所述纤丝急骤冷却，其中急冷介质先与从较大喷丝孔排出来的纤丝接触，然后再与从较小喷丝孔排出来的纤丝接触;

以至少约1，500米/分的速度从所述的急冷区抽出多纤丝纱线;

在至少一个拉伸级中以连续流线方式拉伸从所述急冷区抽出的所述纱线，至少拉伸到其最大拉伸比的85%左右。

15、根据权利要求14所述的方法，其中所述的纱线在两个拉伸级中拉伸。

16、根据权利要求15所述的方法，其中对用所述方法生成的所述纱线进行足够的拉伸以使强度至少为8.0克/旦左右。

17、根据权利要求16所述的方法，其中从所述急冷区抽出的所述多纤丝纱线呈现的双折射为至少30×10^-3。

18、改进的制造多纤丝聚对苯二甲酸乙酯纱线的方法，该法包括在纺出双折射至少约为30×10^-3的条件下通过多纤丝聚对苯二甲酸乙酯的熔体纺丝以改善拉伸后纱线的机械性质，所用的喷丝板包含从该喷丝板边缘部分开始依次分布的许多排，所述的许多排中每一排都有许多平均孔径从约0.015英寸至约0.035英寸的喷丝孔，其中最靠近所述边缘的喷丝孔排的平均孔径小于其它各排中至少一排的平均孔径。

19、根据权利要求18所述的方法，其中所述的熔体纺丝步骤是用特性粘度至少约为0.80分升/克的聚对苯二甲酸乙酯聚合物进行的。

20、根据权利要求19所述的方法，其中所述的聚对苯二甲酸乙酯聚合物的特性粘度至少为约0.90分升/克。

21、根据权利要求19所述的方法，其中在纺出双折射至少约为30×10^-3条件下，熔体纺丝所得的该聚对苯二甲酸乙酯纱线随后拉伸到足够程度，以使拉伸后纱线的韧度至少为7.0克/旦左右。

22、根据权利要求21所述的方法，其中所述的拉伸步骤在所述熔体纺丝纱线存贮之后进行。

23、根据权利要求21所述的方法，其中所述的拉伸步骤在一级中进行。

24、根据权利要求21所述的方法，其中所述的拉伸步骤在多级中进行。

25、根据权利要求18所述的方法，其中所述的喷丝板包含至少约5排喷丝孔，其中的平均孔径逐排依次增大。

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