CN1204301C - 工业用聚酯纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种工业用聚酯纤维及其制备方法。所述聚酯纤维由特性粘度为1.00至1.15聚酯切片制得。所述聚酯切片通过纺丝头组件中的喷丝板进行熔融纺丝。用一种10-30%含水乳状油剂对纺出的单丝上油。以2000-3300m/min的速度卷绕复丝以得到特性粘度为0.95至1.02和取向度为40×10-3至90×10-3的未拉伸纱线。对未拉伸纱线进行多步骤拉伸以得到具有高强度和低收缩率的拉伸纱线。

Description

工业用聚酯纤维及其制备方法
技术领域
本发明涉及用于橡胶制品例如轮胎和输送带的工业用聚酯纤维。更具体地说，本发明涉及具有高强度及高模量和低收缩率的工业用聚酯纤维，其用于制备具有优异尺寸稳定性的浸渍帘子线(D/C)。本发明也涉及此类工业用聚酯纤维的一种制备方法。
背景技术
目前，广泛用于增强橡胶制品例如轮胎和输送带的是HMLS(高模量低收缩率)浸渍帘子线，其具有高尺寸稳定性且E-S(二次伸长率+收缩率)为6.5-8.0％。通常地，用于这些浸渍帘子线的原纱通过挤出熔融聚酯聚合物而制备，将挤出的聚酯聚合物以2000m/min或更高的速度卷绕而使所得的未拉伸丝得到至少40×10-3的双折射，而且利用导丝辊拉伸所得未拉伸丝。
自从美国专利4101525(Davis等人)中第一次介绍了具有低收缩、低加工损失及高强度特征的聚酯原丝之后，在许多专利中发现了针对工业用高模量低收缩聚酯纤维的参考文献。
例如，美国专利4491657公开了一种聚酯复丝，其具有高模量和低收缩且适用于轮胎的织物增强，并认为当该聚酯复丝具有低的最终模量时，其的捻线和浸渍帘子线具有改进的强度。因为低的最终模量要求降低拉伸比，所以为了制得高强度浸渍帘子线，需要控制最终模量以便能够制得高强度原纱。
为了制得工业用高强度聚酯原丝，通常地，使用一加热器加热喷丝板下的温度以降低所述纱线的未拉伸取向，然后以高拉伸比拉伸。另一方案是，以低速纺丝制得原丝以降低未拉伸取向且然后以高拉伸比拉伸。然而这些常规方法引起收缩率的增长，降低了最终的浸渍帘子线的尺寸稳定性。这些常规方法具有的另一缺点是，在捻线经受热处理后所得纱线的强度降低了。
另一个有关于工业用高模量低收缩聚酯纤维的参考文献在美国专利4690866中发现，其公开了将一种特性粘度至少为1.2的聚酯切片纺丝以制得高强度低收缩原丝。如果切片的特性粘度增加，则纱线的纺丝张力也增加而且它们的取向度也增加，这都有助于所得浸渍帘子线的尺寸稳定性。考虑到原丝的分子结构，由于切片的特性粘度的增长，大量地形成一种连接非结晶部分与结晶部分的连接链段，所以所述原纱即使在经低拉伸比拉伸后，仍表现出高模量。聚酯切片的特性粘度的增长通常通过固相聚合达到。
然而，由于固相聚合，在切片表面和切片中间的特性粘度的差别随着粘度的增高而增大。因此，在聚合物中得到的不均匀粘度导致纺丝性能的降低且熔融纺丝要求更高温度。而且，高的熔融温度又加剧了聚合物的热降解和水解。因此，纺制单丝的特性粘度不应增长至切片粘度增长的程度。实际上，切片的特性粘度按理论值增长以使纱线得到所需的粘度。特别是，聚合物中粘度的不均匀性引起纱线频繁断丝，使得纱线的外观和加工性变差。结果，这个常规工艺由于耗时和耗能而在成本上处于不利地位。
在制备高模量低收缩纤维时，通常进行上油以使得原丝光滑并易于包装。用于上油工艺的油剂大体上分为两类：不含水的油剂和含水的油剂。对于无水油剂而言，将原油油剂与无机油剂(纯油)混合或它们以纯净油的形式单独使用。不含水的油剂确保了好的加工性，但在安全性方面是不够的，例如在加工时易于着火。此外，不含水的油剂成本上是不占优势的，因为它们需要另外的加热装置以保持它们的合适粘度因而成本更高。另一方面，含水油剂与不含水的油剂相比，在安全性和成本方面好于不含水的油剂，但在加工性方面存在问题。特别是，含水的油剂不适合于高速直接纺丝拉伸方法。因此，仍然需要能用作高速、直接纺丝拉伸方法且无副反应的含水油剂。
发明内容
因此，本发明的目的是克服在现有技术中碰到的上述问题且提供一种工业用聚酯纤维，其在纺丝加工性和物理性能方面是优异的且能制成高强度和低收缩的浸渍帘子线。
本发明的又一个目的是提供制备一种工业用聚酯纤维的方法，其中含水油剂能够用在高速、直接纺丝拉伸方法中而不损害加工性，而且具有高稳定性并节约成本。
本发明的又一个目的是提供制备一种工业用聚酯纤维的方法，其中通过降低喷丝孔之间的流量差别和由此降低原纱单丝之间的纤度差别以及在纺丝前通过纺丝头组合件过滤掉聚合物中的杂质，便使得原纱的拉伸加工性和高拉伸比下的外观具有明显的改进。
一方面，本发明提供了一种制备工业用纤维的方法，其包含通过聚酯低分子量切片(Polyester low chips)的固相聚合而制得聚酯切片，所述聚酯低分子量切片包含有使按锑金属计算的剩余含量为200-400ppm的锑化合物，所述聚酯切片的特性粘度为1.00至1.15且水分含量为30ppm或更少；通过纺丝头组件中的喷丝板对聚酯切片进行熔融纺丝，其中所述聚酯切片在290-300℃的温度下熔融并在聚合物分散板的流道中挤出，每个流道具有一个由至少三个单元组成的静态混合器；用10-30％含水乳状油剂以0.3-0.8％的单位上油率(O.P.U.)对从喷丝板中挤出的单丝上油。所述含水乳状油剂由一种包含有二烷基硫代二酯和50wt.％或更高的脂肪酸单酯或烷基烷基化物且二烷基硫代二酯至少为30wt.％的原溶液制备，所述油剂用作润滑剂；以2000-3300m/min的速度卷绕复丝以得到特性粘度为0.95至1.02和取向度为40×10-3至90×10-3的未拉伸纱线；并连续地拉伸该未拉伸纱线。在一个实施方案中，聚合物在其熔融之后并于挤出到流道之前通过至少三个过滤层进行过滤。在另一个实施方案中，使单丝通过喷丝板至冷却区之间长度为140-220mm且温度保持为200-250℃的距离，并通过冷却区，其中通过吹以一定速度的低温度风而使单丝冷却。在又一个实施方案中，复丝分三步拉伸，其中控制拉伸比且使最终的热定形辊具有190-235℃的温度。
在另一方面，本发明提供了一种工业用聚酯纤维，其特性粘度为0.95-1.02，强度为6.5-9.3g/d，伸长率为11.0-18.0％，无定形取向因子(fa)为0.70-0.80，收缩率为4.0-7.5％，初始模量为(Mi)为90-120g/d，最终模量(Mt)为5-70g/d，结晶度为40-51％且晶体尺寸为36-45。
在又一方面，本发明提供了一种聚酯浸渍帘子线，其具有6.3g/d或更高的强度，且二次伸长率和收缩率之和为6.0-8.0％，该帘子线是通过将上述工业用聚酯纤维的两个合股纱线分别进行第一次加捻和第二次加捻，然后浸渍该加捻后的纱线而制成。
附图说明
本发明的上述和其它目的、特征和其它优点通过下列详细地描述并结合附图将被更清楚地理解，其中：
图1是说明本发明制备工业用聚酯纤维的工艺流程的示意图；及
图2是说明本发明的纺丝头组件的示意图，其中安装了一个静态混合器。
具体实施方式
为了用于高强度和高热稳定性的增强浸渍帘子线，聚酯纤维必须具有优异的物理性能，特别是高强度、高模量和低收缩率。这样，首先，聚合物低分子量切片通过特性粘度没有明显增长的固相聚合并在低温下熔融挤出。经过滤之后，将对挤出物以2000-3300m/min的纺丝速度进行熔融纺丝以得到具有每根单丝为2-5旦的细度和双折射率为40×10-3-90×10-3的未拉伸单丝，然后用含水乳状油剂对该未拉伸单丝上油。由此得到的复丝在190-235℃的热定形温度进行多步骤拉伸以制得拉伸后纱线。
将结合附图给出本发明的一个详细说明。
参见图1，这是说明制备本发明的工业用聚酯纤维的工艺步骤。
一方面，本发明中所用的聚酯切片是通过在作为聚合催化剂的锑化合物存在下的固相聚合制得的。这种催化剂以使锑化合物的残余含量为200-400ppm的量添加。聚酯切片的特性粘度(I.V)为1.00至1.15且其水分含量至多为30ppm。将聚酯切片熔融且然后在熔融纺丝前保持在290-300℃的温度下。这些低温度具有最大程度地限制粘度降低的作用，这有助于降低纺丝过程中的热分解和水解作用。在聚合物通过纺丝头组件1和喷丝板2纺丝后，所得的单丝4具有的特性粘度为0.95-1.02。
将纺制的单丝4通过喷丝板2和冷却区3之间的甬道长度(loodlength)L而没有另外的加热装置，且然后在冷却区3中冷却。利用上油设备5对这些单丝以0.3-0.8％的单位上油率上油。作为一种润滑剂，本发明中所用的油剂是由一种原溶液制得的一种10-30％的含水乳状液，该原溶液包含50wt.％或更高的二烷基硫代二酯和脂肪酸单酯或烷基烷基化物且二烷基硫代二酯至少为30wt.％。选择性地，本发明的油剂可以包含一种乳化剂例如聚氧化烯烷基醚或聚氧化乙烯-多元醇，—种抗静电剂，一种聚合物活化剂和一种抗氧化剂。本发明的含水乳状油剂具有良好加工性的优点，克服了由常规含水油剂引起的问题。
在上油完成之后，以2000-3300m/min的速度卷绕所得纱线以控制未拉伸纱线的取向度为40×10-3至90×10-3，之后通过五对导丝辊6-10时分三步对未拉伸纱线进行拉伸，以得到具有每单丝细度为2-5旦的原纱11。
为了改善纱线的物理性能，选择性地将一种环氧化合物于卷绕前添加至纱线表面上。
如上述，本发明中所用的聚酯切片优选具有30ppm或更少的水分含量。例如，当水分含量超过30ppm，在纺丝过程中发生太多的水解，导致最终所得纱线的特性粘度的降低且因此使其缺乏强度。而且，聚合物切片的特性粘度优选处于1.00-1.15的范围内。例如，当聚合物的特性粘度大于1.15时，则在低温度下纺丝时产生太高的纺丝张力，并由于所纺单丝的不规则横截面积，经常发生单丝断裂。因而，纺丝拉伸工艺的加工性变差。
在本发明中，仅有基于锑的化合物用作聚酯切片的聚合催化剂。锑催化剂的用量优选处于使聚合物中催化剂的残余含量为200-400ppm的范围。例如，锑化合物以低于200ppm的量使用时，聚合速率变差且在效率上也是如此。另一方面，当锑化合物超过400ppm时，产生加工性方面的问题。例如，催化剂在聚合之后易于沉积，增加了纺丝头组件的压力和加速了对喷丝板的污染。除非另有说明，锑催化剂的添加方式是不受限制的。
为了除去在纺丝头组件中聚合物的杂质，通常在该组件中使用由金属粉或砂填满的过滤器。在本发明中，仅使用一个过滤器(至少具有三层300目或更大的筛滤板)。发现金属粉末或砂的缺乏缩小了喷丝孔间的流量差别以及原纱单丝的纤度差别，因此所述单丝表现出改进的可拉伸性，这是直接相关于在经高拉伸比拉伸后所得的原纱的外观。
关于这一点，过滤的细节参见图2，图2给出了本发明的安装有静态混合器的纺丝头组件的结构。
用纺丝头组件中填充有金属粉末或砂的一个过滤器过滤聚合物的常规过滤方法，由于下列原因具有明显的缺点，金属粉末或砂层在上分散板13上流动，使得过滤层16在高度上不均匀。这个不稳定的过滤层负面影响了通过上分散板13的每个流道的聚合物的流动性以致于喷丝孔间的流量产生差别，引起单丝间的细度产生差别。
本发明中仅使用一个过滤器，与使用金属粉末或砂层的常规方法相比，在过滤层高度均匀性方面产生明显的改进。已发现，喷丝孔的流量差别的降低，受过滤层的均匀高度的影响，使得单丝间的细度差别就变异系数而言从7-10％降低至6％或更少。一种设计使得单丝之间细度差别的变异系数降低至4％或更少。
当用在本发明中的筛滤板在数目上是两个或更少或在尺寸上小于300目，杂质能够自由地通过筛滤板，损害了原纱的拉伸性和外观。
根据本发明，安装在纺丝头中的组件1如图2中所示。可见，喷丝板2上的组件1包含一个箱体、上分散板13、和下分散板15。在从喷丝板2挤出前，将聚合物熔体引入到组件1中。在组件1中，通过过滤层16过滤熔体并且然后使其进入上分散板13中的具有一个由至少三个单元组成的静态混合器的聚合物流道14中。当通过流道时，聚合物熔体通过静态混合器的作用均匀地混合以使得聚合物的熔体粘度是均匀的，由此改进了纺丝加工性。当未安装静态混合器时，纺丝加工性变差且发生单丝的频繁断裂。所述静态混合器安装在流道之内，聚合物在由砂层16过滤之后流过该静态混合器。在每个流道中，应该具有静态混合器的三个或多个单元。例如，如果静态混合器具有两个或更少单元，聚合物就不能很好地均匀混合，以致于在原纱的纺丝加工性和外观上产生负面效果。
现在回到图1，如上述，喷丝板2下没有提供加热装置。使从喷丝板下纺出的单丝通过从喷丝板2至冷却区3之间的甬道长度L而没有将其加热至熔融或更高温度。因此从喷丝板下纺出的单丝保持在200至250℃的温度并且当它们从喷丝板2中纺出后尽快冷却以增加它们的凝固温度。甬道长度L是优选控制在140-220mm的范围内。
喷丝板下的大气的低温度增加了凝固点以及纺丝聚合物的纺丝张力，使得连接链的形成和单丝的未拉伸取向得到提高，因而制得在强度和尺寸稳定性方面性能优异的原纱。
为了通过改变每个单丝的细度、热定形导辊温度和拉伸比而制备具有优异物理性能的高模量低收缩聚酯原纱，未拉伸纱线在取向度优选为40-90×10-3。例如，当未拉伸纱具有低于40×10-3的取向度时，当进行浸渍热处理时强度大大降低且使得浸渍后的帘子线具有增加的E-S且在热稳定性方面最终变差。在另一方面，取向度大于90×10-3使得可加工的、最大拉伸比太低不足以提高原纱的强度。
本发明制备的工业用聚酯纤维具有下列物理性能：特性粘度为0.95-1.02，无定形取向因子为0.70-0.80，初始模量为90-120g/d，最终模量为5-70g/d，强度为6.5-9.3g/d，伸长率为11.0-18.0％，收缩率为4.0-7.5％，结晶百分率为40-51％和结晶尺寸为36-45。
特别是，当最终模量高于70g/d时，所得纤维和浸渍帘子线的强度不具有优势。另一方面，少于5g/d的最终模量要求在未拉伸取向的增长，使得原纱难以表现出足够的强度。
如上述，根据本发明制备的工业用聚酯纤维具有6.5g/d或更高的高强度以及足够低的收缩率并在浸渍热处理时强度表现出小的降低。因此，通过将工业用聚酯纤维的两个合股纱线分别进行第一次和第二次加捻，并将加捻后的纱线浸渍在橡胶溶液中，接下来进行热处理而得到的浸渍帘子线，其具有优异的强度和尺寸稳定性的优势，其表现为强度为6.3g/d或更大或E-S(二次伸长率+收缩率)为6.0-8.0％，这是有利于用于橡胶制品，诸如轮胎或输送带的增强以及用于其它工业用途。
根据下列实施例，可更好地理解本发明，但下列实施例用于说明目的并不意欲限制本发明。在下列实施例中使用的物理性能的测试方法如下：
(1)特性粘度
根据ASTM D4603-91，对特性粘度进行测试。将0.1g样品在包含有重量比为6∶4的苯酚和1，1，2，2一四氯乙醇的混合试剂中溶解90分钟以得到浓度为每100ml试剂具有0.4g样品的溶液。将该溶液转移至乌伯娄德粘度计且将其置于30℃恒温箱中保持10分钟。使用该粘度计和一个吸气器，测试所述溶液的滴落时间(秒)。以同样的方式测量溶剂和样品的滴落时间(以秒为单位)。基于所测得的时间，根据下列公式计算相对粘度(R.V)和特性粘度(I.V)：
R.V＝样品的滴落时间/溶剂的滴落时间
I.V＝1/4×(R.V-l/C)+3/4×(ln R.V/C)
其中，C为密度(g/100ml)。
(2)拉伸丝和浸渍帘子线的强度和伸长率
在标准条件下(20℃，65％相对湿度)，将长为250mm的样品以300mm/min的拉伸速度在80 TPM下进行测试。
(3)初始模量(Mi)
使用对拉伸测试中得到的S-S曲线的初始部分的所划切线的斜率。
(4)最终模量(Mt)
基于样品纤维的S-S曲线，得到在断裂伸长点(E％)和对应于差2.4％到达断裂伸长的伸长点(E-2.4)之间的强度的增量(ΔT(g/d))。用0.024除这个增量。
(5)结晶度(Xc)
在测使用密度梯度管得样品的密度(ρ)后，根据下列方程式测定结晶度：
Xc(％)＝ρc/ρ×(ρ-ρa)/(ρc-ρa)
其中ρ＝样品的密度(g/cm3)，
    ρc＝晶体的密度(1.455g/cm3)
    ρa＝无定形区的密度(1.335g/cm3)。
(6)晶体尺寸
基于对通过使用具有λ波长(1.5428)的X-射线的广角衍射仪得到的衍射谱图的衍射峰(100)的分析，根据下列方程式确定晶体尺寸。
晶体尺寸＝Kλ/βcosθ
其中K＝Scherrer常数，
    λ＝X-射线的波长(1.5428)
    β＝半宽
    θ＝布拉格角。
(7)无定形取向因子(fa)
它根据下列方程式计算：
fa＝Δn-fc.Xc.Δnc/(1-Xc).Δna
其中，Δn＝双折射率
fc＝结晶取向因子
Xc＝结晶度
Δnc＝晶体的特性双折射(0.220)
Δna＝无定形的特性双折射(0.275)
(8)收缩率
其值(ΔS)从下列方程式计算，其中Lo是对应于将样品放置于25℃65％相对湿度下24小时后加0.1g/d的载荷所测得的样品长度，且L是样品放置于150℃的烘箱中30分钟并使其于零载荷下持续4小时得到的长度，
ΔS(％)＝(Lo-L)/Lo×100
(9)二次伸长率(Intermediate elongation)
基于一个样品的强度-伸长率S-S曲线，根据在4.5g/d载荷下测得的原纱的伸长率和在2.25g/d载荷下测得的浸渍帘子线的伸长率而测得二次伸长率。
(10)E+S
它根据二次伸长率和收缩率之和测得。
实施例I至IV和对比例I至VI
将特性粘度为0.65的聚酯低分子量切片在真空下于220℃进行固相聚合以得到特性粘度为1.06和水分含量为20ppm的聚酯切片，其中用作聚合催化剂的锑化合物以使按锑金属计算的残余含量为320ppm的量添加。使用一个挤出机将这些聚酯切片熔融挤出，然后紧接着使熔体通过纺丝流道。然后，使熔体通过其每个流道具有由五个单元组成的一个静态混合器的纺丝头组件，并以500-600g/min的流量通过喷丝孔纺丝。
经过喷丝板下的未加热甬道长度150mm后，所述单丝通过沿530mm长的冷却区以0.5米/秒的速度在其上吹以19℃冷却气而凝固。此后，将单丝直接导向上油辊，在此，将由表1中所示的之一组合物组成的含水乳状油剂涂覆至所述单丝上。通过一个导丝辊以2100m/min的速度卷绕所得的未拉伸丝，然后使用其它导丝辊进行三步骤的拉伸，并带有2％的回缩，且卷绕以得到具有1000旦/249单丝的原纱。
将所述原纱的两个合股线在470TPM分别进行第一次加捻和第二次加捻且浸渍在间苯酚甲醛乳液中，然后在240℃下热处理以得到浸渍帘子线。根据油剂估算了原纱和浸渍帘子线的物理性能并概括于下表2中。
                                  表1
 类别     润滑剂          乳化剂       其它
  A     二烷基硫代二酯 55％烷基烷基化物   6％   聚氧化烯烷基醚    17％聚氧化乙烯-多元醇 13％   抗氧剂聚合物活化剂7％
  B     二烷基硫代二酯 20％烷基烷基化物   40％   聚氧化烯一烷基醚  20％聚氧化乙烯-多元醇 13％   抗氧剂聚合物活化剂7％
  C     油酸油脂       50％   聚氧化乙烯-蓖麻油(Casteroil)三硬脂酸酯    27％聚氧化乙烯-Solvitan三硬脂酸酯            11％油酸单甘油酯      6％   抗氧剂聚合物活化剂6％
  D     二烷基硫代二酯 33％脂肪酸单酯     20％   聚氧化乙烯卤代蓖麻油33％丙二醇            18％聚氧化乙烯烷基胺  3.5   抗静电剂抗氧化剂2.5％
  E     二烷基硫代二酯 15％脂肪酸单酯     38％   同D   同D
                                                表2根据不同油剂得到的物理性能和加工性
实施例号  单丝  总拉  油剂  含水乳状                             原纱                                      浸渍帘子线      
          特性  伸比        液的浓度  每单位上  强度   伸长率   收缩率  Mi      Mt    Xc    外观不  强度  伸长率  收缩率  E-S   备注
          粘度              (％)      油率(％)  (g/d)   (％)    (％)    (g/d)  (g/d)  (％)  合格数  (g/d)  (％)    (％)   (％)
                                                                                                                               原纱外观差
对比例I   0.98  2.24   C     15        0.45      8.3    12.5     5.6     95.6    18   48.5    8      6.0    3.8     3.8    7.6
                                                                                                                               浸渍帘子线强度差
                                                                                                                               原纱外观差
对比例II  0.98  2.23   C     20        0.55      8.4    12.8     5.4     95.8    19   48.4    5      6.2    3.8     3.6    7.4
                                                                                                                               浸渍帘子线强度差
对比例III 0.98  2.29   B     15        0.47      8.7    12.6     6.2     104.3   23   48.2    3      6.5    3.6     3.9    7.5 原纱外观差
对比例IV  0.98  2.28   B     20        0.54      8.5    12.7     6.1     104.5   25   48.0    3      6.4    3.5     3.9    7.4 原纱外观差
对比例V   0.98  2.28   E     15        0.45      8.6    12.1     6.1     106.5   33   49.5    6      6.6    3.5     4.2    7.7 原纱外观差
对比例VI  0.98  2.30   E     20        0.56      8.4    12.4     6.1     104.5   32   49.5    5      6.4    3.7     4.2    7.9 原纱外观差
I         0.98  2.36   A     15        0.50      9.2    12.5     6.5     114.5   33   48.3    0      6.9    3.5     4.2    7.7
II        0.98  2.38   A     20        0.62      9.0    12.3     6.7     112.5   35   48.5    1      6.8    3.5     4.3    7.8
III       0.98  2.38   D     15        0.50      9.2    12.4     6.3     112.5   31   50.4    1      7.0    3.4     4.5    7.9
IV        0.98  2.39   D     20        0.65      9.1    12.6     6.5     110.4   30   49.5    0      6.8    3.4     4.4    7.8
*10kg丝饼外观不合格的平均数(如果为2或更多，则不合格)。
实施例V至VII和对比例VII至XX
将特性粘度为0.65的聚酯低分子量切片进行固相聚合以得到水分含量为20ppm和特性粘度如下表3中所示的聚酯切片，其中用作聚合催化剂的锑化合物以使按锑金属计算的残余含量为320ppm的量添加。使用一个挤出机将这些聚酯切片熔融挤出，然后紧接着使熔体通过纺丝流道。然后，使熔体通过其每个流道具有由五个单元组成的一个静态混合器的纺丝头组件，并以500-600g/min的流量通过喷丝孔纺丝。
经过喷丝板下的未加热甬道长度170mm后，所述单丝通过沿530mm长的冷却区以0.5米/秒的速度在其上吹以20℃冷却气而凝固。此后，将单丝直接导向上油辊，在此将由表1中所示的之一组合物组成的含水乳状油剂涂覆至所述单丝上。通过一个导丝辊以2100m/min的速度卷绕所得的未拉伸丝，然后使用其它导丝辊进行三步骤的拉伸，并带有2％的回缩，且卷绕以得到具有1000旦/249单丝的原纱(每单丝的细度约为4)。
采用实施例I中的相同方法制备浸渍帘子线。根据油剂估算了原纱和浸渍帘子线的物理性能并概括于下表3中。
                                                                表3物理性能和加工性
实施例号  切片特  纺丝熔  单丝特  总拉                               原纱                              浸渍帘子线       
          性粘度  体流温  性粘度  伸比
                  度(℃)                强度  伸长率   Mi     Mt    收缩率   Xc   晶体尺  fa    强度  伸长率  收缩率  E-S     备注
                                        (g/d)  (％)   (g/d)  (g/d)  (％)    (％)  寸()        (g/d)  (％)    (％)   (％)
对比例VII  1.00    280     -             -      -       -     -      -      -       -     -       -     -       -      -    不可加工
对比例VIII 1.00    290     0.92    2.29  8.9    11.3    98    21     6.7    47.1    37    0.780   6.60  3.7     3.8    7.5  浸渍帘子线强度差
对比例IX   1.00    300     0.89    2.33  8.9    11.2    101   27     7.3    47.4    35    0.805   6.47  3.7     4.0    7.7
对比例X    1.00    310     0.87    2.38  9.0    11.6    105   30     8.0    47.6    36    0.8333  6.43  3.6     4.1    7.7
对比例V    1.10    290     1.00    2.21  9.1    11.8    107   28     6.4    47.5    38    0.771   6.95  3.5     4.0    7.5
对比例VI   1.10    300     0.97    2.25  8.9    11.7    103   32     7.0    47.1    37    0.795   6.82  3.6     4.1    7.7
对比例XI   1.10    280     -       -     -      -       -     -      -      -       -     -       -     -       -      -    不可加工
                                                                                                                            浸渍帘子线强度差
对比例XII  1.10    305     0.97    2.45  9.4    10.2    106   72     8.3    45.1    36    0.805   6.75  3.4     5.0    8.4
                                                                                                                            高E-S
                                                                                                                            浸渍帘子线强度差
对比例XIII 1.10    310     0.94    2.30  8.8    12.0    98    36     7.8    46.5    35    0.805   6.56  3.5     4.6    8.1
                                                                                                                            高E-S
                                                                                                                            浸渍帘子线强度差
对比例XIV  1.15    310     0.99    2.35  -9.4   10.5    108   75     8.2    48.6    40    0.800   6.9   3.5     4.7    8.2
                                                                                                                            高E-S
对比例XV   1.15    280     -       -     -      -       -     -      -      -       -     -       -     -       -      -    不可加工
VII        1.15    290     1.01    2.17  8.8    12.1    105   22     6.1    50.2    43    0.769   6.91  3.5     3.9    7.4   -
VIII       1.15    300     0.99    2.21  9.0    12.0    108   27     6.7    49.7    41    0.779   6.95  3.5     4.0    7.5   -
对比例XVI  1.15    305     0.97    2.24  9.1    11.8    111   33     7.2    50.1    38    0.805   7.00  3.6     4.6    8.2   高E-S
对比例XVII 1.15    315     0.94    2.29  9.1    11.5    113   37     7.5    49.9    37    0.820   6.91  3.6     4.8    8.4   高E-S
对比例XVIII1.20    290     -       -     -      -       -     -      -      -       -     -       -     -       -      -     不可加工
对比例XIX  1.20    300     -       -     -      -       -     -      -      -       -     -       -     -       -      -     不可加工
                                                                                                                             原纱和浸渍帘子线
对比例XX   1.20    310     1.17    2.17  8.6    13.2    96    29     6.8    50.3    38    0.767   6.69  3.7     4.1    7.8
                                                                                                                             强度差
                                                                                                                             不可加工
实施例IX至XI和对比例XXI全XXV
将特性粘度为0.65的聚酯低分子量切片进行固相聚合以得到特性粘度为1.06和水分含量为20ppm的聚酯切片，其中用作聚合催化剂的锑化合物以使按锑金属计算的残余含量为320ppm的量添加。使用一个挤出机在295℃将这些固相聚合的聚酯切片熔融挤出，然后紧接着使熔体通过纺丝流道。然后，使熔体以500-600g/min的流量通过喷丝孔在相关于静态混合器和下表4中所示的甬道长度和温度的各种条件下纺丝。
经过喷丝板下的未加热甬道长度150mm后，所述单丝通过沿530mm长的冷却区以0.5米/秒的速度在其上吹以20℃冷却气而凝固。此后，将单丝直接导向上油辊，在此将由表1中所示的之一组合物组成的含水乳状油剂涂覆至所述单丝上。通过一个导丝辊以2100m/min的速度卷绕所得的未拉伸丝，然后使用其它导丝辊进行三步骤的拉伸，并带有2％的回缩，且卷绕以得到具有1000旦/249单丝的原纱(每单丝的细度约为4)。
按实施例I中的相同方法制备浸渍帘子线。根据油剂估算了原纱和浸渍帘子线的物理性能并概括于下表4中。从表4中可以明显看出，当不使用静态混合器时，所得的浸渍帘子线和原纱的强度和外观均变差。即使使用了静态混合器后，不合适的甬道长度或温度条件也会引起类似问题。
                                                          表4物理性能和加工性
实施例号 1甬道单丝   2甬道 纺丝头组  未拉伸  总拉                       原纱                             浸渍帘子线       
          长度  特性   温度   件中的表  丝的取  伸比
          (mm)  粘度   (℃)   态混合器  向度         强度  伸长率   Mi   Mt    收缩率  Xc  晶体  fa  强度  伸长率  收缩率  E-S     备注
                                                     (g/d)   (％)  (g/d) (g/d)  (％)  (％) 尺寸      (g/d)  (％)    (％)   (％)
                                                                                           ()
对比例XXI  90   0.98  -        0        0.052    -    -      -      -     -     -     -     -   -     -     -       -      -     不可加工
                                                                                                                                 浸渍帘子线强度差
对比例XXII 140  ″    200      X        0.049   2.16  9.0    11.2   112   23    6.1   52.7  45  0.760 6.73  3.5     3.7    7.2   原纱外观差
IX         140  ″    200      0        0.048   2.16  8.9    11.7   109   22    6.3   51.0  44  0.762 6.91  3.5     3.6    7.1   -
对比例XXIII170  ″    220      X        0.046   2.20  8.9    11.3   110   27    6.4   50.7  42  0.776 6.69  3.5     3.9    7.4   原纱外观差
X          170  ″    220      0        0.045   2.20  9.1    11.9   105   25    6.5   50.5  42  0.780 7.00  3.5     3.8    7.3   -
对比例XXIV 220  ″    240      X        0.042   2.27  9.0    11.6   103   32    6.7   50.1  39  0.791 6.78  3.5     4.0    7.5   原纱外观差
XI         220  ″    240      0        0.042   2.27  9.0    12.3   104   30    6.8   49.9  38  0.795 6.91  3.5     4.0    7.5   -
对比例XXV  270  ″    260      0        0.035   2.35  9.1    11.5   115   35    7.2   49.8  36  0.821 6.78  3.6     4.7    8.3   高E-S
1从喷丝板底部至冷却区上部的距离。
2在离喷丝板底部100mm的点处测得的温度。
实施例XII至XVI和对比例XXVI至XXVIII
将特性粘度为0.65的聚酯低分子量切片进行固相聚合以得到特性粘度为1.06和水分含量为20ppm的聚酯切片，其中用作聚合催化剂的锑化合物以使按锑金属计算的残余含量为320ppm的量添加。使用一个挤出机在295℃将这些固相聚合的聚酯切片通过纺丝流道熔融挤出至其每个流道具有一个由5个单元组成的静态混合器的纺丝头组件。经纺丝头组件过滤之后，使聚合物熔体以500-600g/min的流量通过喷丝孔纺丝。
在经过喷丝板下长度为220mm和温度为240℃的未加热甬道区后并没有另外的加热装置，所述单丝通过沿530mm长的冷却区以0.5米/秒的速度在其上吹以20℃冷却气而凝固。此后，将单丝直接导向上油辊，在此将由表1中所示的之一组合物组成的含水乳状油剂涂覆至所述单丝上。通过一个导丝辊以如表5中所示的不同纺丝速度卷绕所得的未拉伸丝，然后使用其它导丝辊进行三步骤的拉伸，并带有2％的回缩，且卷绕以得到具有1000旦/249单丝的原纱(每单丝的细度约为4)。
按实施例I中的相同方法制备浸渍帘子线。估算了原纱和浸渍帘子线的物理性能并概括于下表5中。
                                                  表5根据不同纺丝速度的物理性能
实施例号  纺丝速度  未拉伸  总拉  原纱外                         原纱                                  浸渍帘子线        
          (m/min)   丝的取  伸比  观不合  强度  伸长率   Mi    Mt   收缩率   Xc    晶体尺  fa   强度  伸长率  收缩率  E-S           备注
                    向度          格数    (g/d) (％)    (g/d) (g/d) (％)    (％)   寸()       (g/d) (％)    (％)    (％)
                                                                                                                              浸渍帘子线强度差
对比例XXVI 1600     0.030   2.83  1        8.9   11.9   115    35    7.2    49.3    35    0.82  6.56  3.5     4.7     8.2
                                                                                                                              高E-S
                                                                                                                              浸渍帘子线强度差
对比例XXVII1800     0.035   2.58  1        9.0   11.8   112    34    7.1    49.0    36    0.80  6.52  3.6     4.5     8.1
                                                                                                                              高E-S
XII        2000     0.040   2.40  1        9.2   11.9   109    28    6.6    50.2    38    0.78  6.91  3.5     4.0     7.5
                                                                                          0.07
XIII       2400     0.048   2.15  0        8.9   11.7   104    22    6.5    51.0    41          7.00  3.5     3.7     7.2
                                                                                          5
XIV        2800     0.068   1.85  1        7.8   15.2   110.5  15    5.5    46.8    45    0.73  6.7   3.2     3.5     6.7
XV         3000     0.076   1.80  0        7.0   16.8   112.0  7     5.5    45.0    47    0.73  6.5   3.2     3.3     6.5
XVI        3200     0.090   1.7   0        6.8   17.8   112.5  5     4.7    47.1    45    0.74  6.1   3.2     3.1     6.3
对比例                                                                                    0.07                                原纱外观差
XXVIII     3400     0.105   1.45  8        6.0   18.5   104.3  2     4.3    43.4    46          5.8   3.2     3.3     6.5     浸渍帘子线强度差
                                                                                          2
实施例XVII至XX和对比例XXIX至XXXIV
将特性粘度为0.65的聚酯低分子量切片进行固相聚合以得到水分含量为20ppm和特性粘度如下表7所述的聚酯切片，其中用作聚合催化剂的锑化合物以使按锑金属计算的残余含量为360ppm的量添加。使用一个挤出机将这些聚酯切片通过纺丝流道熔融挤出至纺丝头组件中。在该纺丝头组件中，通过下表6所列的过滤材料和/或过滤器对挤出物进行过滤。然后使过滤物经过其每个流道具有一个由5个单元组成的静态混合器的纺丝头组件并以500-600g/min的流量通过喷丝孔纺丝得到1000旦的拉伸丝和以800-900g/min的流量纺丝得到1500旦的拉伸丝。
经过喷丝板下的未加热甬道长度170mm后，所纺单丝通过沿530mm长的冷却区以0.5米/秒的速度在其上吹以20℃冷却气而凝固。此后，将单丝直接导向至上油辊，在此将由表1中所示的之一组合物组成的含水乳状油剂涂覆至所述单丝上。通过一个导丝辊以2400-3200m/min的速度卷绕所得的未拉伸丝，然后使用其它导丝辊进行三步骤的拉伸，并带有2％的回缩，且卷绕以得到具有1000旦和1500旦、每单丝的细度约为3-4旦的原纱。
按实施例I中的相同方法制备浸渍帘子线。根据过滤类型估算原纱和浸渍帘子线的物理性能并概括于下表7中。
                        表6
    过滤用材料   过滤器
  A     10-20μ金属粉末300g   325目过滤器(一层)
  B     10-20μ金属粉末400g   325目过滤器(一层)
  C     -   200目过滤器(三层)
  C     -   325目过滤器(三层)
                                                        表7物理性能和加工性
实施    切片  原纱  纺丝  过  拉                              原纱                                                   浸渍帘子线             备注
例号    特性  (旦/  速度  滤  伸  强度   伸长率   Mi    Mt    收缩率  Xc   尺   Fa            纤维          原纱  强度  伸长  收缩  E-S
        粘度  单丝)       器  比  (g/d)  (％)    (g/d) (g/d)  (％)   (％)  寸         平均直  平均  变异系
                                                                                                            外观  (g/d)  率    率   (％)
                                                                           ()               不合         (％)  (％)
                                                                                      径(μ)  偏差  数(％)  格数
对比例
              1000/
        1.05
                     2400  A  2.2  8.7   12.1     104.5  65    7.5    41.0  38  0.79  19.5    1.4    7.2     8     6.71   3.5   3.9  7.4  原纱外观差
XXIV          328
对比例        1000/
        1.05
                     2400  B  2.2  8.7   12.2     104.0  63    7.5    40.0  37  0.79  19.4    1.5    7.7     5     6.72   3.6   3.9  7.5  原纱外观差
XXX           328
对比例        1000/
        1.05
                     2400  C  2.2  8.8   12.3     104.0  65    7.8    39.5  38  0.78  19.4    1.0    5.1     3     6.82   3.6   3.9  7.5  原纱外观差
XXXI          328
              1000/
XVII    1.05
                     2400  D  2.2  9.0   12.2     104.0  65    7.6    39.5  39  0.78  19.3    1.0    5.2     1     7.02   3.5   3.9  7.4
              328
              1000/
XVIII   1.05
              328
                     2400  D  2.2  9.0   12.3     104.0  64    7.6    40.0  38  0.79  19.4    0.8    4.1     0     7.12   3.5   3.9  7.4
对比例        1500/
        1.14
                     2100  A  2.4  9.2   10.5     104.0  67    8.0    41.0  38  0.79  22.5    1.8    8.0     12    6.81   3.5   4.0  7.5  原纱外观差
XXXII         384
对比例        1500/
        1.14
                     2100  B  2.4  9.2   10.3     104.0  68    7.9    42.0. 39  0.80  21.9    1.6    7.3     10    6.91   3.6   4.1  7.7  原纱外观差
XXXIII        384
对比例        1500/
        1.14
                     2100  C  2.4  9.2   10.5     104.5  69    7.9    41.0  38  0.80  21.7    1.3    6.0     4     7.05   3.5   4.2  7.7  原纱外观差
XXXIV         384
              1500/
XIX     1.14
                     2100  D  2.4  9.3   10.7     104.5  68    7.8    40.5  38  0.80  21.5    1.2    5.6     2     7.10   3.3   4.2  7.5
              384
              1500/
XX      1.14
                     2100  D  2.4  9.3   10.8     104.5  67    7.8    41.0  39  0.80  21.7    1.1    4.6     1     7.15   3.3   4.2  7.7
              384
如上述，本发明特征在于使低温纺丝成为可能，而不必将切片的特性粘度提高至能够纺丝的状态。因此，可降低所述切片固相聚合所必需的时间周期和能量。特别是，切片表面和切片中心的特性粘度差别(由固相聚合所产生的明显问题)也降低了，以致于切片体的粘度的均匀性能够得到改进，由此使得所得纤维的可加工性和物理性能取得较大的改进。另外，仅使用过滤器除去聚合物中的杂质就降低了喷丝孔之间的流量差别并由此降低了原纱单丝之间旦数的差别。关于这一点，所述聚合物通过具有至少300目的三层过滤器过滤。结果，纱线的可拉伸性得以改进，以致于即使它们在经高拉伸比拉伸后，仍具有极佳的外观。
本发明的又一特征在于，所述工业用聚酯纤维即使在较低的拉伸比下制备，仍具有高强度。这样，首先在喷丝板前的一个纺丝头组件中安装一个静态混合器，以致使聚合物均匀地混合以足以防止在纺丝拉伸时单丝断裂，而单丝断裂是纤维的可加工性和物理性能变差的因素。然后，当以2000m/min或更高的高速卷绕时，从喷丝板中喷出的聚合物通过保持喷丝板下面的温度为250℃或更低而被快速冷却，以致于得到最大化未拉伸取向。
本发明的另一特征在于，在高速、直接纺丝拉伸方法中使用的含水乳状油剂无副作用。本发明的含水乳状油剂具有的优点在于，制备工业用聚酯纤维的方法步骤能够稳定地进行而不损害加工性，而且节约成本。
以上以说明的方式描述了本发明，且应理解为所用术语仅用于说明目的而不是限定。根据上述教示，本发明可进行许多修改和变化。因此，应理解为本发明可在所附权利要求的范围内而不是在所具体说明的范围内实施。

Claims (4)

1、一种制备工业用聚酯纤维的方法，其包括下列步骤：
通过聚酯低分子量切片的固相聚合而制得聚酯切片，所述聚酯低分子量切片包含有使按锑金属计算的剩余含量为200-400ppm的锑化合物，所述聚酯切片在特性粘度为1.00至1.15且水分含量为30ppm或更少；
在用一过滤器过滤后通过纺丝头组件中的喷丝板对聚酯切片进行熔融纺丝，其中所述聚酯切片在290-300℃的温度下熔融并挤出至聚合物分散板的流道中，每个流道具有一个由至少三个单元组成的静态混合器，其中所述过滤器包含至少具有三层的300目以上的筛滤板；
用10-30％含水乳状油剂以0.3-0.8％的单位上油率对从喷丝板中挤出的单丝上油，所述含水乳状油剂由一种包含有50wt.％或更高的二烷基硫代二酯和脂肪酸单酯或烷基烷基化物且二烷基硫代二酯至少为30wt.％的原溶液制得，所述油剂用作润滑剂；
以2000-3300m/min的速度卷绕复丝以得到特性粘度为0.95至1.02和取向度为40×10-3至90×10-3的未拉伸纱线；并连续地拉伸该未拉伸纱线。
2、根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物在其熔融之后和挤出至流道之前通过纺丝头组件中的至少三个过滤层进行过滤。
3、根据权利要求1所述的方法，其中使单丝通过喷丝板至冷却区之间长度为140-220mm且温度保持为200-250℃的距离，且通过冷却区，其中单丝通过以一定速度吹以低温度的风而冷却。
4、根据权利要求3所述的方法，其中所述的连续拉伸步骤分三步进行，其中控制拉伸比且使最终的热定形辊具有190-235℃的温度以制得具有每单丝细度为2-5旦的拉伸丝。
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