CN1425082A - 聚对苯二甲酸丙二醇酯纺织短纤维的制备 - Google Patents

Abstract

一种由聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)制备纺织短纤维的方法，包括：(a)在245℃－253℃下熔融挤出PTT聚合物，(b)利用至少一个纺丝板将挤出的PTT纺成纱线，(c)将细纱移动到第一卷绕辊，其中该辊与纺丝板之间的距离为16－20英尺，(d)将细纱在到达辊之前冷却到低于31℃，(e)在拉伸操作之前，在至少60℃下，在张力下预调节该纱线，(f)在至少60℃下拉伸纱线，(g)使拉伸纱线在高达190℃下松弛，和(h)在70℃－120℃下卷曲拉伸纱线，并在卷曲机中将拉伸纱线的喂入旦数降低10－60％旦。

Description

聚对苯二甲酸丙二醇酯纺织短纤维的制备

发明领域

聚对苯二甲酸丙二醇酯是适合用于地毯、纺织品、和其它热塑性树脂应用的新型聚酯树脂。从化学上讲，聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)是通过1，3-丙二醇(PDO)和对苯二甲酸缩聚制成的芳族聚酯树脂。由PTT制备纺织短纤维(staple)可以在多种工业加工设备上进行。

发明背景

PET合成短纤维的制备通常是分离的两步法。第一步涉及挤出未拉伸纱，该未拉伸纱被保存用于第二步的拉伸操作。用于短纤维制备的拉伸方法主要有两种：拉伸-松弛和拉伸-热处理。这两种方法的主要区别在于是如何进行纤维收缩的。在拉伸-松弛短纤维制备方法中，收缩策略是卷曲之后在烘箱中将纤维预收缩到所需性能。在拉伸-热处理短纤维制备方法中，收缩策略是加热纤维，使之在卷曲之前进行恒定长度结晶。

人们已经由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制备了短纤维，并且该方法已经非常成熟。因此，希望能够在现有设备上制备PTT短纤维。然而，这两种聚合物之间有许多不同，由此难以或不可能使PTT在现有短纤维生产设备上制成工业有用的短纤维。为了便于理解是如何在现有设备上制备PTT短纤维的，我们需要提到几个工艺上的问题：

如何表征未拉伸纱的拉伸性能？未拉伸纱的拉伸性能是如何随着时间变化的？这在实施例1中进行描述。

如何在挤出过程中控制未拉伸纱的性能？这在实施例2中进行描述。

未拉伸纱的一般拉伸性能是什么？这在实施例3和4中进行描述。

未拉伸纱制备和储存过程中如何控制纤维收缩？这在实施例5中进行描述。

如何在短纤维拉伸和最终短纤维产品中控制纤维收缩？这在实施例6中进行描述。

如何卷曲纤维使之在下游用于短纤维纺织细纱和无纺织物的工业方法中提供构造和抱合力？这在实施例7中进行描述。

如何热定形和控制短纤维的杨氏模量和拉伸性能。短纤维性能对细纱性能有何影响；这在实施例8中进行描述。

在现有设备上制备短纤维的基本方法是什么，该方法要提到上述头六个工艺问题的相互依赖的性质。本发明就提供了这样一种方法。

发明概述

本发明描述了一种利用PTT的两步短纤维制备方法。第一步是挤出未拉伸纱(UDY)。在第二拉伸步骤中，将UDY转变为短纤维产品。

根据本发明，提供了一种在现有PET纺织短纤维制备设备中，由聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)制备纺织短纤维的方法，包括(a)245℃-253℃，优选245℃-250℃下熔融挤出PTT聚合物，(b)利用至少一个纺丝板将挤出的PTT纺成纱线，(c)将细纱移动到第一卷绕辊，其中该辊与纺丝板之间的距离为16-20英尺，(d)将细纱在到达第一卷绕辊之前冷却到低于31℃，优选低于25℃，最优选低于20℃，(e)任选地，将细纱储存在温度不超过31℃、气候控制了的室内(该步骤和上一步骤二者是用于最小化未拉伸纱在拉伸操作之前的早期收缩)，(f)拉伸操作之前，在至少60℃，优选60-100℃下，在张力下预调节该纱线，(g)在至少60℃，优选60-100℃下拉伸纱线，任选地优选进行第二拉伸，其中总拉伸的主要部分发生在第一拉伸中，优选总拉伸的80-85％发生在第一拉伸中，和其中第二和随后的拉伸在高于第一拉伸温度至纱线的熔点的实际最大点，优选60℃-160℃，最优选80℃-100℃下进行，(h)为了增加拉伸纱线的初始杨氏模量，使拉伸纱线在高达190℃，优选100-140℃下松弛(松弛率可以为2-25％，或者可以更高，但优选为2-10％)，和(i)如果进行松弛步骤，就在70℃-120℃，优选80-120℃下卷曲拉伸纱线，如果不进行松弛步骤，就在70-100℃下，并在卷曲机中将拉伸纱线的喂入旦数由在该现有设备中制备相应的PET短纤维的拉伸纱线喂入速率降低10-60％旦，优选40-60％旦。还有，另外地或结合地，卷曲机的体积比现有设备中用于制备PET的卷曲机体积增加10-50％，优选20-35％。优选的是，条件的选择是基于特定的设备和所需的产率。

附图简要说明

现在，本发明将参考下面的附图通过实施例进行描述，其中：

图1是从树脂到其关键因素将被描述的打包纤维的方法步骤的简图。

图2是强度伸长平衡曲线，有助于接近PTT短纤维性能的可能范围。

图3是表示细纱束的典型应力/应变曲线。

图4是表示挤出温度对纤维拉伸性的影响。

图5是表示未拉伸纱在不同温度水中的收缩率是未拉伸纱纺丝条件的函数。

图6是描述纤维收缩作用的取向图。

图7是表示拉伸浴温度和总取向参数对沸水收缩率的影响。

图8是表示拉伸浴温度和总取向参数对125℃干热收缩的影响。

图9是表示拉伸浴温度和总取向参数对140℃干热收缩的影响。

图10是表示拉伸浴温度和总取向参数对175℃干热收缩的影响。

图11是表示拉伸浴温度和总取向参数对197℃干热收缩的影响。

图12是表示拉伸比和拉伸浴温度对拉伸操作松弛系数的影响。

图13是表示对于自由松弛1.4总取向系数和75℃拉伸浴温度来说，预定的干热收缩是干燥器(松弛器)烘箱温度的函数。

图14是表示对于100％PTT纱线来说，松弛器烘箱温度和应用的纱线拉伸对175℃干热收缩的影响。

图15是表示对于100％PET纱线来说，松弛器烘箱温度和应用的纱线拉伸对175℃干热收缩的影响。

图16是表示在两个纱线热定形温度下，将PTT和PET细纱的175℃干热收缩进行比较。

图17是表示对于50∶50的PTT∶棉纱来说，松弛器烘箱温度和应用的纱线拉伸对175℃干热收缩的影响。

图18是表示在两个热定形温度下，将PTT和PET细纱的沸水收缩进行比较。

图19是表示在两个纱线热定形温度下，将PTT和PET细纱的5％应变下的载荷进行比较。

图20是表示在两个细纱热定形温度下，将PTT和PET细纱的2分钟百分应力衰减进行比较。

图21是表示在两个细纱热定形温度下，将PTT和PET细纱的百分应变恢复(2分钟拉伸)进行比较。

发明详述

利用现有设备制备聚合物纺织短纤维是可行的。由于不同公司使用的设备差别很大，因此在如何进行该方法中存在差异。一旦短纤维制造商使其设备只适合PTT的独特性能，那么就可以制备适用于细纱和无纺织物的多种短纤维产品。由PTT制备的纺织短纤维具有优异的膨松性和悬垂性，因此具有松软、膨松、混合物中的相容性、易于护理、和纺织品的保型性。

1.0 聚合物材料

1.1树脂输送和干燥

低能空气输送系统将从运输容器、加工设备和储存设备输送树脂时形成的灰尘最小化。挤出之前，应当将PTT树脂干燥到50ppm或更低的恒定湿度。该湿度规格将熔融纺丝过程中由于水解而引起的树脂降解的影响最小化。多种利用干燥空气的工业干燥器能够成功地满足这种要求。安装有分子筛(13X & 4A)、真空体系、和氯化锂干燥剂的干燥器能够满足工业生产的湿度要求。如果可能，优选利用13X分子筛、加热到130℃的干燥空气(露点-40℃或更低)将聚合物干燥4-6小时。在将干燥的树脂从干燥器中输送到挤出机中时，为了最小化熔融纺丝过程中的水解，利用干燥空气是必不可少的。

在大的工业干燥器中，以与挤出生产量同步的速率干燥PTT是有争议的。这样，需要更高的干燥温度。PTT干燥器的空气温度不应当超过165℃。当利用165℃空气时，干燥器停留时间不应当超过4小时。

1.2未拉伸纱(UDY)的挤出

典型的熔体制备系统包括挤出机、纺丝织轴(spin beam)、熔体泵、和纺丝组件。关键是通过最小化熔体加工温度和停留时间来实现均匀的、最优化的聚合物熔体粘度。既可以用双螺杆又可以用单螺杆挤出机来进行PTT UDY的工业制备，这一点是明确的。在双螺杆挤出机中，为了避免聚合物熔体的过度剪切降解，可能必须将挤出机熔体压力降低25-50％(相对于PET条件)。PTT UDY的工业制备时，挤出机熔体温度为245℃-270℃。为了避免聚合物熔体的过度降解和随后UDY性能的过度降低，在260℃-270℃之间的熔体温度下制备PTT UDY时必须小心。对于PTT来说，最优的短纤维挤出熔体温度为245℃-253℃，优选245℃-250℃。将来，特性粘度更低的PTT树脂可能需要更低的温度。图4表示，当在250℃而不是在240℃或260℃下挤出聚合物时，得到了较好的拉伸性。

2.0 未拉伸纱(UDY)的纺丝

2.1纺丝织轴、泵和组件

利用单组分和双组分挤出系统来制备PTT短纤维UDY的试验是成功的。用于PET的纺丝泵体积和转速控制系统通常满足PTT短纤维所需要的每个位置的低物料通过量。过滤介质应当具有30μm的最小孔大小。一般来说，工业纺丝组件使用最小量的过滤介质。在开发PTT短纤维制备方法的早期阶段，优选使用标准过滤深度的介质/过滤砂(course sand)(90/120目)。对长丝直径均匀性的评价将有助于确定纺丝组件过滤或挤出系统熔体压力是否需要优化。

短纤维挤出系统是设计用于特定范围的树脂粘度、通过量、熔体温度、和停留时间。通常，制备PTT短纤维所需要的孔通过量比用于类似旦数的PET产品低20-30％。这实质上增加了用PET短纤维生产设备挤出的PTT的停留时间。如果熔体温度高于260℃，熔体停留时间的这种增加能够引起降解。如果可能的话，输送管线和纺丝织轴加热系统将等于挤出机输出聚合物温度。

2.2纺丝板

纺丝板的选择取决于目标产品旦数，并且是通过用于稳定熔体纺丝的每孔每分钟的有限通过量来确定的。通常，PTT短纤维能够使用为类似产品设计的标准PET纺丝板。然而，当与PET短纤维的制备相比，PTT短纤维通常需要用于低旦数产品的更小的毛细管直径。对于圆形截面来说，根据熔体挤出条件，PTT树脂的上限剪切速率为7500-9000s^-1。

基于目标短纤维产品旦数选择的纺丝板表示在表I中。

表I：纺丝板选择图

1100/min时，细旦数范围	1.0-1.3dpf	1.30-1.75dpf	1.40-1.85dpf
				纺丝板直径(mm)	0.23	0.25	0.35
纺丝板l/d	1.85	1.85	1.85-2.0
				有限通过量/孔	0.32	0.41	0.45

利用长的纤维顶点(culmination)区(纺丝板到卷绕辊之间的距离)是重要的。这表示，该区域应当为16-20英尺而不是用于PET的标准8-12英尺。在工艺中PTT UDY的收缩率相当高，因此该方法必须允许所有长丝合起来变为一个大的拉伸操作喂入纱线之前，纤维能够建立稳定的分子结构。在制备PET短纤维中，这不是主要问题。PTT具有更弹性的结晶构型，因此更长的纤维顶点区有助于稳定纱线，使制造商避免了额外的空气调节费用。

2.3骤冷

利用横流和径向骤冷系统的尝试是成功的。既有从内到外又有从外到内的气流的径向骤冷系统已经被成功地使用。纤维束应当快速均匀地骤冷，以防止在纺丝供应罐中UDY的收缩。尽管优选的骤冷温度为8-25℃，但是已经使用的骤冷温度为8-35℃。通常，通过UDY的线程(thread path)的操作性来限制骤冷空气的流速。每个位置的长丝数量为350-3500根长丝/位置。在细旦短纤维制备中，在现代径向骤冷系统下，可以具有高达6250根长丝/位置。骤冷系统的优化包括确定什么条件能够使目标UDY筒子架性能具有最好的操作性和最高的百分比伸长率。

2.4纺丝整理

在该说明书中，短纤维挤出和拉伸操作过程中涂覆到PTT纤维上的所有涂料都定义为纺丝整理剂。纺丝整理剂是在短纤维制备和下游加工过程中为PTT纤维提供润滑性、抱合力和添加剂保护性的纤维涂料。在PTT短纤维的制备过程中，成功地使用了多组份磷酸盐和矿物油基整理剂。已经证实的PET纺丝整理剂化学品和涂覆方法也令人满意地用于初始PTT短纤维产品。随后，能够根据顾客对短纤维加工的反馈改变纺丝整理剂的配方和涂覆方法。

2.5卷绕

工业PTT UDY制备中使用的卷绕速度为900-1250m/min。研究设备中，UDY的卷绕速度为500-2250m/min。在落入丝筒中之前，在卷绕绞盘辊和向日葵花轮之间进行有控制的松弛是有用的。为了最小化丝筒中UDY的收缩，在单一位置将所有长丝冷却到低于25-30℃是必要的。

3.0 丝束拉伸和整理

3.1 UDY的储存

在常规储存条件下，PTT UDY在挤出的8小时内完成了超过90％的熟化过程。UDY拉伸性能在24小时内稳定，恒温下储存2-4个月后，拉伸性能没有明显变化。PTT UDY比PET UDY在低温下更具有收缩倾向。由于高于25-30℃的储存条件易于引起UDY收缩，因此应当避免。理想地是，将PTT UDY筒子架储存在空气调节的环境中，以有助于避免收缩。引起PTT UDY收缩的确切温度取决于UDY挤出、骤冷、卷绕和储存条件。即使PTT UDY收缩，也可以在极少影响产品质量的拉伸操作过程中，将这种UDY转变为一级工业短纤维产品。

3.2筒子架大小

PTT短纤维的筒子架大小是通过卷曲机大小确定的。一般来说，由于PTT纤维具有更高的膨松性，因此用于PTT短纤维的筒子架大小大约为PET短纤维产品的60％。600,000旦拉伸丝束将满意地喂入110mm宽20mm高的卷曲机中。这将随着卷曲机大小的增加和/或拉伸生产速率增加大于100-130m/min而变化。由于大多数拉伸生产线具有250-300m/min的最大线速度，因此增加卷曲机箱体积是改进拉伸在线生产率的另一个途径。

3.3筒子架和丝束的准备

在将UDY丝束置于均匀辊张力下之前，避免将PTT UDY加热到高于25℃。这将最小化喂入拉伸操作中PTT的收缩，并且在拉伸过程中在丝束横截面上所有点的保持均匀的纤维张力。如果不控制，不能进行均匀的UDY收缩，筒与筒之间取向的变化将限制拉伸操作的均匀性。

优选在拉伸之前有预湿润浴，但是其温度不能超过25℃，除非提供驱动辊和压料辊(nipped roll)来最小化拉伸喂入阶段的张力。如果没有驱动辊，该浴应当是可能的最低均匀温度。

3.4拉伸方法

PTT短纤维是在拉伸-松弛和拉伸-热处理方法中制备的。在拉伸-松弛方法中，将短纤维热处理并在零张力下干燥来降低收缩。该方法制备了适合用于PTT细纱并与低模量纤维例如羊毛纤维和丙烯酸纤维混合的低模量纤维。拉伸-热处理方法是在高张力下在辊上热处理丝束，制成了适合与少量人造丝、棉或其它高模量纤维混合的高模量纤维。

在第一拉伸阶段，UDY丝束的初始拉伸点应当在用水加热到最低60℃，优选60-100℃下发生。保持拉伸点加热将通过显著降低挤出条件对生产拉伸比的影响来改进拉伸工艺性能。如果需要，第二拉伸阶段的温度比第一拉伸阶段的温度更高，高达纱线熔点的实际最高点，优选60-160℃，最优选80-100℃。与PET不同，PTT在加热的拉伸浴中不会变得粗糙。其它拉伸区是可有可无的，通常轻微地增加了总机械拉伸比。主要的拉伸比应当在拉伸的第一阶段。

通过一组100-130℃轧光辊松弛或热处理具有3％辊松弛的PTT短纤维丝束，将使最终PTT短纤维的初始模量增加12-14％。该方法制备了适合用作PTT细纱和与高模量纤维例如棉、人造丝、和PET混合的高模量纤维。当通过辊组的松弛率保持在3％时，从130-150℃，每10℃，初始模量增加大约4％。150℃以上热处理PTT丝束可能需要增加通过轧光辊的松弛，以避免过多的长丝断裂。纺丝整理剂通常是在卷曲阶段之前，利用浸溃浴或前/后单面上胶辊涂覆，来补偿拉伸操作中损失的纺丝整理剂。

3.5卷曲

与PET丝束相比，PTT丝束非常容易弯曲，说明了其低的弯曲模量。这种低模量也使PTT具有优异的手感和柔软性。另外，PTT远远比PET膨松。低的弯曲模量和高的膨松性要求在卷曲条件作下述改变：

●降低张力调节辊和卷曲机辊，以更好的控制卷曲几何结构。

●由于PTT更高的膨松性，因此必需减小喂入丝束的旦数或增加卷曲机体积。PTT膨松性的增加能够通过将喂入卷曲机中的丝束总旦数降低最优选10-60％旦，优选40-60％旦来得到解决。另一种方法是将卷曲机的体积增加10-50％体积，优选20-35％体积。还有，也可以使用这两种方法的组合。

●理想地是，卷曲机上装配有蒸汽和纺丝整理剂的喷嘴来更好地控制卷曲箱温度。

●改进卷曲箱中压力和温度控制的精确度是必要的。

当卷曲箱中至少为85℃，箱口(gate)压力为300kPa(3bar)时，显著地改进了卷曲稳定性和卷绕性。与相似的PET短纤维相比，卷曲频率更高，卷曲振幅更低。卷曲稳定性和卷绕性随着卷曲机温度的增加而得到改进。因为，随着卷曲稳定性的增加，纤维抱合力增加，这将增加粗梳中的缺陷，因此卷曲机不能被加热得太高。

3.6干燥、剪切和打包

在常规带式烘箱中松弛(干燥)PTT短纤维，这一点是明确的。然而，当烘箱温度升高到高于前面拉伸操作中的最高温度时，卷曲几何结构和收缩特征变化。在拉伸松弛短纤维生产中，随干燥器温度的增加，短纤维和随后的细纱干热收缩降低。

在拉伸热处理短纤维生产中，利用松弛烘箱作为干燥器。空气流速相对高，空气温度相对低(75-90℃)来促进丝束干燥。这些条件没有热到使短纤维松弛或卷曲几何结构发生变化。在工业生产中利用没有进行改造的旋转式和派西菲克(丝束)直接成条机(pacificconverter)型切断机来剪切短纤维丝束。在工业试验中，利用重力和空气输送的短纤维打包机来包装PTT短纤维。

4.0 用于1.7，2.5和3.33dtex(1.5，2.25，和3dpf)短纤维的一 般配方

将三种典型的短纤维产品的配方简要地列在下面表中。每种短纤维的生产设备是不同的。通常需要在工业生产线上尝试2-3次来确定PTT短纤维的工业方法。这些配方是在小型工业生产设备上开发的。随着该方法扩大到更大的设备上和更高的生产率，它们可以作少量改变。UDY是在253℃的熔融温度下以1100m/min的速度生产的。为了得到这些拉伸比，需要均匀的挤出条件，以使长丝直径的变异系数在所有纺丝位上为3-5％。此外，这些拉伸比是在非常严格控制的现代生产设备上得到的。在更老的设备上，仅仅达到这些拉伸比的75-85％也不是不正常的。

表II中的配方也为每个目标生产短纤维旦数公开了一种高和低收缩的配方。当第一阶段拉伸浴温度高于60℃时，拉伸阶段的收缩量显著降低。此外，拉伸阶段收缩量随着拉伸比增加降低不大。当利用轧光辊来热处理纤维时，在卷曲机和干燥器中，最终拉伸收缩率还进一步降低。工业上已经使用了100-130m/min的拉伸生产速率，并开发了高达225m/min的拉伸速率。工业上，拉伸-松弛方法中通常使用70℃的第一拉伸和100℃的第二拉伸。工业上，热处理短纤维方法中，通常使用70℃的第一拉伸，100℃的第二拉伸和具有0.95松弛的130℃轧光辊。

表II：1.5，2.25，3.0dpf短纤维的拉伸方案

未拉伸纱dpf	4.0dTex	3.2dTex	6.4dTex	6.8dTex	9.2dTex	9.7dTex
							第一拉伸比D2/1	2.73	2.73	2.74	2.74	2.75	2.75
第二拉伸比D3/2	1.10	1.10	1.15	1.15	1.20	1.20
							机械拉伸比	3.00	3.00	3.15	3.15	3.30	3.30
在卷曲机和干燥器中的拉伸松弛	高	低	高	低	高	低
								20％	16％	18％	14％	16％	12％
最终的短纤维产品	1.7dTex	1.7dTex	2.5dTex	2.5dTex	3.3dTex	3.0dTex

4.1 短纤维性能

对拉伸性能的讨论是假设，筒子架是在90％丝束断裂内被拉伸的。典型的拉伸松弛PTT短纤维的强度通常为2.7-3.0cN/dTex，伸长通常为80-90％之间。典型的工业拉伸热处理短纤维的强度通常为3.4-3.5cN/dTex，伸长通常为60-65％之间。下面强度伸长平衡曲线(图2)将有助于接近PTT短纤维性能的可能范围。由于在卷曲条件下PTT丝束快速松弛，因此制备高强度、低伸长的PTT短纤维是非常困难的。在R&D设备上测试长丝的结果表明，在45％伸长下纤维强度高达4cN/Tex。在高度优化的拉伸热处理方法中，有可能制备强度高于3.5cN/Tex的PTT短纤维。在这种努力中，对卷曲条件的控制将是关键的。

实施例1：在挤出和储存过程中控制未拉伸丝的收缩

评价在两个不同位置在很宽的不同条件下纺成的PTT UDY的未拉伸纱的收缩。测试结果说明，如图5所示，最好在31℃以下储存PTT UDY以避免大于2-3％的过量收缩。该图表示了将未拉伸纱浸入30℃、31℃、32℃和35℃的几个不同温度的水浴中的收缩百分比。纺丝条件包括，对于不同开发的短纤维生产线，一个在位置A，另一个在位置B，从0.8至4.5dpf范围内的一系列拉伸产品旦数/长丝，以及通过量和卷绕速度的操作范围。该图还表示了，PTT UDY收缩率受纺丝条件的影响比受骤冷空气温度的影响更大。位置A使用了25℃的骤冷空气，而位置B使用了16℃的骤冷空气。

因为如果不进行适当地控制，将增加短纤维产品的变化性，因此过量的未拉伸纱收缩率是不希望的。

实施例2：短纤维处理拉伸的PTT纤维条的收缩

简述和总结：

在60℃或高于60℃的浴中进行拉伸将消除纺丝引起的对随拉伸纤维收缩的结构的任何影响。

拉伸纤维收缩率随着拉伸浴温度的增加而降低，但是在温度大于60℃时，这种影响非常小。收缩率还随着总取向度(拉伸比)的增加而降低，但是这种影响在更高的拉伸浴温度下非常微小。当拉伸收缩率对纺丝和拉伸条件不敏感时，卷曲变得更加稳定，并且产品变化更小。建议在高于60℃下进行拉伸，并且在该条件下进行拉伸将具有稳定的卷曲操作。

从收缩率数据得出了，作为干燥器/松弛温度函数的预定卷曲和干燥/松弛的松弛系数。尽管该曲线的形状是正确的，并且能够用于已知数据的外推，但是系数值似乎太高。

作为干燥器/松弛温度函数的产品收缩率能够由PTT收缩率数据来推测，这一点似乎是不可能的。

介绍

在此所用的试验拉伸线上测试出来的纺丝条件范围如下：

●240～260℃的组块(block)温度

●0.432-0.865g/孔min(0.4mm毛细管)

●1000-2000m/min的纺丝速度

将这些制品在三个拉伸比下进行拉伸：

●断裂拉伸比(BODR)-0.1

●BODR-0.2

●RODR-0.4

这与纺丝取向中的大量变化结合起来，得到大范围的纺丝取向。

三个短纤维拉伸浴温度如下：

●40℃

●55℃

●70℃

这是该设备的最大实际操作范围。

对拉伸纤维条进行全面表征。对收缩率的分析如下。

与PTT、PET和其它熔融纺丝聚合物中的强度和拉伸主要是总取向度的函数不同，收缩是一个更加复杂的纤维结构的探针，并且受取向度，更重要的是受结晶度的影响。

这部分试验的目的是回答下述有关收缩的问题，这些问题是按照对方法设计的重要性的顺序来给出的。

1.细纱结构的不同贯穿了整个拉伸过程吗？或者是拉伸过程消除了细纱结构的不同吗？这对于设计纺丝方法和过程有重要的暗示作用。

2.拉伸浴温度是如何影响收缩的？拉伸后的残留收缩是影响如何能容易地进行纤维卷曲的主要因素。通常，具有高收缩率的纤维容易卷曲。如果收缩率是拉伸浴温度和取向度的强函数的话，卷曲机必需频繁地被再平衡以反映拉伸条件的变化，因此卷曲不均匀。

3.当纤维进行拉伸和卷曲时，收缩率是多少？并且收缩率是如何受纺丝和拉伸条件影响的？该信息对于计算纺丝模型中松弛系数是有用的。

4.当纤维在一定温度的烘箱中没有松弛时，在更高温度下还有多少额外的产品收缩？

已经证实对PET有用的模型具有下述前体条件：

当加热到高于玻璃化转变温度时，除非限制，纤维将收缩直到所有的无定形区变得解取向。

当温度升高到高于玻璃化转变温度时，另外的取向无定形区随着晶体的熔融而出现。然后这些新产生的无定形区解取向，产生了额外的收缩。因此，通常温度越高，收缩越大。

现在需要几个在本质上多少有些循环的定义。玻璃化转变温度定义为，按照热力学的第二条定律，非限制的无定形链自由解取向的温度。无定形区是那些没有结晶的区域。结晶区是那些在该温度下没有解取向的区域。在TGA曲线、X射线行为、密度等方面，有多种定义结晶区的方法，这些定义的方法对结晶度％的答案多少有些不同，但是是相关的。为了该讨论的目的，我们将晶体按照它们在该温度下保持取向的能力来定义。

该模型的本质是假设，热处理一绳索仅仅造成晶体熔融和纤维解取向。对于在短的停留时间下松弛的PET纱来说，该模型很好。对于停留时间几分钟的短纤维方法来说，该模型相当好，但是在此之前其对PTT的有效性是不知道的。

图6中的长、取向图将用于说明该方法。该图表示，当从纤维在零双折射时的长度拉伸到样品纤维长度l_f时发生的情况。当该纤维被加热到温度T₁时，由于所有的无定形区解取向并且所有对于T₁不稳定的晶体熔融并解取向，因此纤维损失长度到l₁。

该纤维由于还存在在T₁下稳定的晶体，因此没有完全解取向。当温度升高到T₂时，另外的晶体熔融，变成无定形，解取向，因此长度进一步减小。可以认为，可以完全收缩到零双折射时的拉伸比1.0，但是实际上，有一些晶体在熔点和超过熔点时仍然稳定(这引起PET聚合中的问题)。这些晶体没有解取向，因此再取向永远不能结束。

鉴于上述介绍，现在，可以解释试验问题了。

细纱结构的不同贯穿整个拉伸过程吗？

我们可能会期望，收缩率是拉伸比的强函数，因为这是提供损失的取向的原因。对于PET来说，这一点多少有些正确，但是该影响被下述事实严重地掩盖了，即随着取向度的增加，形成晶区的能力也增加了，因此对取向增加有负面作用。还有在PET中，就收缩而言，在更高的拉伸浴温度下，纺丝的所有记忆消失。取向度可以大约等于总取向参数(TOP)(旦数拉伸比/自然拉伸比)。

为了计算自然拉伸比，有必要确定用于实验室设备的适当应变速率以及得到可重复性结果的技术。在200-800％/min应变速率下，测试在40#/hr，240℃和1500m/min下纺成的单管。用画在一个图上的曲线进行三次重复测试。在所有应变速率下结果都非常具有重复性，说明了好的试验技术和设备。所有的决定给出了表示在图3中的特征曲线。自然拉伸比能够容易地由下面的这些等式计算：

NDR＝1+(S_n/100)         (1)

其中，S_n是自然拉伸应变下的％应变。

这等于NDR的传统定义，其定义为：

NDR＝l_d/l_s             (2)

其中，l_d是在屈折的自然拉伸点的长度

l_s是纺成的样品的长度。

第一步是确定，哪些变量是在给定温度下预测收缩中统计上重要的。其方法是在σ统计(Sigma Stat)2.0中，在F＞4.0(F to enter＞4.0)，P拒绝＜0.05(P to reject＜0.05)下利用逐步向前和逐步向后回归方法。

归纳在表III中的结果表明：

●两种方法一般来说是满意的。

●在60℃或更高的拉伸温度下，纺丝变量在拉伸纤维收缩中不起重要作用。

●在45℃拉伸温度下，总取向参数和，令人惊奇的组块温度是收缩中不太重要的系数。

总而言之，应当利用60℃或更高的拉伸温度来排除对产品收缩率的任何纺丝影响。该数据支持了假设，即同PET一样，如果拉伸温度明显高于Tg，将排除纺丝结构。利用r²＞0.5来校正的回归等式公布在下表中。需说明的一点是，对于T＞＝60℃来说，没有这种回归等式。

表III纤维条收缩的回归分析

拉伸浴温度℃	收缩	向前测试		向后测试
								变量	r2	变量	r2
45	沸腾	top，Tb	0.666	top，Tb	0.666(1)
						″	125℃	top，Tb	0.695	top，Tb	0.695(2)
″	140℃	top，Tb	0.540	top，Tb	0.540(3)
						″	175℃	top，Tb	0.489	top，Tb	0.441
″	197℃	top	0.126	top	0.126
						60	沸腾	Qh	O.190	Qh	0.153
″	125℃	top	0.188	Qh	0.131
						″	140℃	top	0.241	top	0.241
″	175℃	AVE	na	AVE	na
						″	197℃	AVE	na	AVE	na
75	沸腾	AVE	na	AVE	na
						″	125℃	Qh，Sm	0.273	Qh，Sm	0.273
″	140℃	AVE	na	AVE	na
						″	175℃	AVE	na	AVE	na
″	197℃	AVE	na	AVE	na

TOP＝总取向参数＝(旦数拉伸比/自然拉伸比)

T_b＝组块温度，℃

Q_h＝孔通过量，g/孔min

S_m＝纺丝速度，m/min

AVE＝所有排除的独立变量

拉伸浴温度是如何影响收缩率的？图7-11是对于所用的三个拉伸浴温度的沸水收缩率、以及125℃、140℃、175℃和197℃下的干热收缩率的图。可以清楚看出，在45℃-60℃之间、下一个测试的更高温度具有大的机理变化，在温度高于60℃，收缩率几乎独立于取向度，并且对浴温相对敏感。

更高的浴温少量降低了潜在收缩率，但是对于潜在卷曲或可能的产品性能不显著。

由于卷曲机操作非常简单，因此建议使用60℃或更高的操作温度。除了为补偿进入卷曲机的旦数密度(旦数/线性卷曲机英寸，dtex/线性卷曲机cm)，在这些条件下不需要调整卷曲机。

纺丝温度和拉伸浴温度是如何影响松弛系数的？图7-11以及变量的分析表明，除了在最低的测试温度45℃，拉伸绳索的潜在收缩率独立于纺丝条件，仅仅轻微地依赖于取向度。

图12表明，用于拉伸绳索的烘箱温度和松弛系数之间的关系。在高于60℃的拉伸浴温度下，通过顶部数据点组的直线接近于松弛系数。这是一个好的起点，但是其值太高(收缩率太低)，这是由于收缩方法使用了少量样品，因此它没有完全如同普通工厂干燥器/松弛机中一样地自由松弛。

然而，该曲线应当具有正确的形状，因此，当得到了更多的机械特定数据时，好到足以外推温度的影响。

松弛的产品收缩率能够由纤维条收缩率数据推测吗？

参考图3和用于PET的简单收缩模型可以发现，如果将在l_f下的纤维放入温度为T₁的烘箱中，它将失去无定形取向，并且一些晶体将熔融并解取向，其长度将减小到l₁。同样，将长度为l_f的样品放入温度为T₂的烘箱中f其中T₂高于T₁，它将由于更多的晶体材料在更高温下熔融而收缩的更多，并收缩到长度l₂。

算术上，收缩率可以用下面的方式表示：

假定：φ_i＝T₁的收缩率％/100            (1)

      φ₂＝T₂的收缩率％/100            (2)

然后，由干热收缩的定义：

      φ₁＝(l_f-l₁)/l_f＝1-l₁/l_f    (3)

      φ₂＝1-l₂/l_f                    (4)

如果测试了在T₁下自由松弛了的样品，那么在T₂下会发生怎样的收缩？如果在第一收缩过程中，没有晶体生长或变化而不是熔融和解取向，它会收缩到l₂。

第一收缩是纤维在松弛机中进行的收缩，第二收缩是在松弛的产品中的残余收缩。某些程度上，PET符合这些假设，因此，可以由拉伸纤维条的干热收缩来估计松弛的产品的收缩率。

为此，必需要计算的是，在T₁下收缩的产品在T₂下的第二次收缩率。这可以根据收缩率的定义和图3来按如下进行：

φ_ps＝(当在T₂下收缩时，在T₁下收缩的样品的收缩率％)/100  (5)

φ_ps＝(l₁-l₂)/l₁＝1-l₂/l₁                (6)

如果等式3和4被用于消除l₁和l₂，根据在两个不同温度下测试的干热收缩率，那么将导致：

φ_ps＝1-(1-φ₂)/(1-φ₁)             (7)

由此，以及测试的收缩率，能够计算在T₁下烘箱松弛后，在T₂下的预期产品收缩率。

图13是对于高取向度、和高浴温的技术上有用的情况下，预测收缩率的图。它表明，给定烘箱松弛后，预定的纤维收缩率非常低。这说明，除了在干燥器/松弛机中发生了简单的解取向外，还发生了显著的晶体变化。

实施例3：在加热的应变条件下对PTT短纤维热定形性能的评价： 评价的纱线包括PTT、PTT/PET混合物、PTT/棉混合物和PET(表IV)

在挤出PTT合成纤维过程中，长丝的断裂将大大限制了生产效率和产品质量。IV在0.55-1.0范围内的PTT树脂是优选的，更优选的是IV在0.675-0.92范围内的树脂，最优选的是IV在0.72-0.82范围内的树脂。制备特性粘度为0.72-0.82范围内的PTT合成纤维将在不显著降低最终纤维性能的前提下，有助于改进合成纤维生产的操作性和产品质量。

PTT特性粘度的降低有助于：

1.与挤出纤维的粘度相比，降低切片中粘度的变化量。

2.改进纺丝组件中聚合物熔体的均匀性。IV为0.92的PTT树脂要求更加严格的纺丝组件过滤系统来保持挤出中的极限产量。

3.通过减少制备过程中断裂长丝的数量来改进生产操作性。

4.对于挤出小于2旦/根长丝的长丝来说，允许用更低的挤出温度来制备产品。业已公知，PTT在高于260℃的熔融挤出温度下降解。当利用IV为0.92的树脂制备细旦合成纤维(小于2dpf的长丝)时，必需增加熔融挤出温度来将熔体粘度足以降低到避免过量熔体湍流和熔体降解，这些都造成挤出过程中的长丝断裂。

5.降低产品纤维中的收缩量，使之更容易进行拉伸操作和/或卷绕成稳定的纱线包装。

由PTT制成的短纤维纱线具有令人惊奇的弹性-当延伸至纱线原始长度的15-25％时具有可恢复的弹性。这种弹性也存在于由紧密和不紧密纤维混合物制成的短纤维纱线中，其中PTT是以重量和/或长度计的主要的纤维组分。此外，该弹性在几百转后是可恢复的。该弹性足以提高由PTT短纤维纱线和混合短纤维纱线制成的纺织品的形状保持特性。适当地构造和整理含有大多数PTT短纤维纱线(以长度的重量百分比计)的织物，能够在机织和针织织物中具有令人惊奇的高弹性恢复性(手工500循环和仪器200循环以上的测试)。本发明覆盖了通过任何方法将短纤维转变为加捻的纱线结构而制成短纤维细纱。该细纱可以通过手工、手纺车、环锭纺纱、自由端纺纱、喷气纺纱或其它类型将短纤维变为纱线的设备来制成。

由棉、毛、丙烯酸类、PET制成的短纤维纱线没有弹性。为了由这些纤维制成有弹性的短纤维纱线，工业上通常不得不在内部向纱线中或者向织物中添加一种弹性连续长丝，来使最终织物产品具有弹性。这些方案比由PTT制成的基本短纤维细纱更昂贵。本发明的价值是，人们能够利用基本短纤维细纱技术制备有工业价值的弹性细纱，而不需要投资更昂贵的包芯细纱设备或者向织物结构中混入弹性连续长丝，后者将使织物的染色和整理复杂化。

进行尝试来简单地表征，短纤维热定形性能是如何影响由PTT短纤维和混合有棉的PTT短纤维和与PET短纤维混合的PTT短纤维制成的纱线的性能的。如表IV所示，PET和棉的混合纱是由几个PTT短纤维供应商在不同松弛机温度和具有明显不同的卷曲下制成的。因此，与其它纤维的混合作用不能够明确无误地确定。因此，应当慎重地由这些试验来推导精确的混合比。该试验是要看看每个实施例纱线中关于收缩量、模量、应力衰减和恢复性几个方面。这些因素通常是独立的，并且在该项工作中单独研究。

表IV：纤维性能

项目	PTT5-CR1-2	PTT5-CR1-3	PTT-CR1-4
				纤维松弛烘箱温度℃	105	120	135
纤维旦数/根长丝	1.75	1.80	1.79
				强度，cN/dtex	3.52	3.49	3.24
断裂伸长，％	48	45	44
				10％应变下的载荷，cN/dtex	0.83	1.21	1.13
手工卷曲指数，％	28	19	18.5
				卷曲/英寸	14.8	15.8	14.2
制成的纱线	100％PTT	50％PTT和50％棉	50％PTT和50％PET

概述和总结

对干细纱175℃下的干热收缩率

●对于所有测试的混合物(100％PTT，100％PET，50/50 PTT/PET，和50/50 PTT/棉)来说，细纱干热收缩率随着烘箱温度而降低。

●对于所有测试的混合物来说，对于每1％的施加伸长(或松弛)，干热收缩大约增加1/2％。

●PTT细纱收缩率比PET纱线小2-2.5％。

●PTT数据紧紧随动于用于收缩的无定形解取向模型。

细纱的沸水收缩率

●对于所有测试的混合物来说，沸水收缩率随着烘箱温度而降低。

●对于所有测试的混合物来说，对于每1％的施加伸长，沸水收缩率增加大约0.4％。

●由于PTT细纱是由拉伸松弛方法制备的，而PET样品是由拉伸热处理方法制备的，因此PTT细纱比PET纱线的沸水收缩率大约低1％。

细纱在5％应变(伸长)下的载荷

当需要非常小的力来引起长度明显变化时，该织物被认为是“有弹性的”。在这一组试验中，我们选择织物发生应变5％所需要的力来表征伸长。影响所有测试的混合物的主要变量是施加的伸长。烘箱温度不是非常重要，这种评价表明：

●PTT在伸长5％时(更大的伸长)需要的力比PET低3-4倍。

●PTT伸长随着施加的伸长的减小量是PET的1/10(0.01gpd增加/1％伸长对0.1gpd/1％伸长)。因此，可以对PTT采用施加伸长以改变纱线性能而没有大的纱线伸长损失。

●100％PTT纱线的伸长对热定形条件来说相当不敏感。

细纱应力衰减

一种纱线或织物在一定应变下持续一定时间后，将恢复多少取决于两个因素：

1.当保持应变的同时应力衰减是多少。

2.释放应变后的恢复量是多少。这些因素通常通常是独立的，并且在该项工作中单独研究。

●PTT应力衰减独立于热定形温度，并且随着施加的伸长的增加而线性降低(应力衰减降低0.5％/热定形中每施加1％的伸长)

●PET应力衰减随着烘箱温度的增加而降低，并且随着施加的伸长的增加而线性降低。施加的伸长作用被认为比PTT的更大(-0.9％/1％施加的伸长)。

●PTT和PET具有基本上相同量的应力衰减。

●PTT/PET混合纱线的行为位于相应的纯纱线的中间，具有-0.7％的降低/施加1％的伸长。

●PTT/棉混合纱线应力衰减独立于热定形条件。

细纱恢复性

由该组样品得到的PTT纱线的恢复性远远低于最近测试的预工业(pre-commercial)纱线样品的恢复性(98％的恢复性)。其原因可能是，在纤维处理中使用了100℃的干燥器烘箱。影响所有测试样品恢复性的主要热定形变量是施加的伸长，随着施加的伸长的增加恢复性增加：

●PTT恢复性增加0.9％/施加1％的伸长。

●PTT通常比PET的恢复性高5-10％。

●PTT/棉混合物的数据非常不稳定，但是具有与纯纱线相同的一般趋势。

收缩基本原理

在含有大量取向的半结晶聚合物纤维中，取向存在于两个区域，结晶区和与结晶区连接的无定形区。通常具有一定范围的晶体尺寸，结晶区的取向也可能变化。

当将纤维置于低于玻璃化转变温度以下时，长度变化非常缓慢，并称作蠕变。通常，有用的纺织纤维在没有载荷下，蠕变速率都很低。当纤维被加热到高于玻璃化转变温度时，无定形区变得活动，并且在没有限制力下，尽可能地向接近各项同性状态解取向(没有优先取向)。各项同性状态受第二热力学定律支持。这通常造成收缩，但是在少数情况下，结晶区自身崩溃，并有“负”取向，因此纤维增长。这种纤维称作自身可伸长的。但是不知道它们是否可以由PTT制成。结晶区是不活动的，并且也不解取向。

随着纤维温度的继续增加，较小的晶体熔融，并且它们的区域变成无定形。此时，它们解取向并发生额外的收缩。这就是对于半结晶聚合物来说，为什么收缩率通常随着温度而升高的原因。因此，存在两种降低纤维收缩率的策略：

1.在希望纤维稳定的温度下预收缩。

2.在产生对不希望纤维收缩的温度下稳定的晶体的温度下，在热和张力下结晶。

对于日用品PET纤维来说，此时问题是纺丝和机织效率和纱线强度，第二条路线是极为有用的，因为随后我们可以看到，预收缩降低了纤维的模量。特种纤维，特别是对于羊毛混合物来说，使用第一条路线，因为强度和模量不再是重要的问题，但是路线1提供的更好的染色性是有利的。在此接合点上，哪一条路线对于PTT来说是更好的，是不清楚的。

如果纤维被伸长，其无定形取向增加，因此收缩率增加。在PET无捻连续长丝纱中，通常是接近1对1(即增加5％的伸长，就增加5％的收缩率)。

迄今为止，我们讨论了单未卷曲纤维。对于细纱的情形将更加复杂，这是因为：

●纤维在捻角上加捻，这降低了纱线中纤维的收缩作用。

●纤维从纱线的外面迁移到中间。

●纤维在纱线中可能滑动。

●与不同收缩率的混合纤维的存在能够改变组合体的收缩率。

即使具有这些复杂性，我们仍然能够利用该简单模型来预测细纱对热定形条件的响应：

1.如果将纱线加热并使之自由松弛，它将解取向并且结晶度也将增加。这两个因素都降低了收缩率。在恒定的烘箱温度下，收缩率的降低将与松弛呈线性关系。收缩率将随着烘箱温度的增加而降低。

2.如果将纱线加热并保持恒定长度，没有解取向。只要纱线处理烘箱的温度高于纤维制造中自由松弛步骤过程中纤维的温度，收缩率将随着烘箱温度的增加而降低。

3.如果纱线被加热并被伸长，取向增加，因此收缩率增加。收缩率将随着施加的伸长而线性增加，并随着烘箱温度的增加而降低，前提是烘箱温度高于纤维处理过程中的温度。

鉴于此，现在就容易分析热定形条件对纱线收缩率的影响。

175℃细纱干热收缩

如图14所示，PTT是遵守总取向模型所有规则的极好的基质。

在施加0％伸长时，在100℃下松弛的对比物几乎具有与在100℃下处理的纱线相同的收缩。当在更高温度下处理时，仍然在恒定长度下，收缩率降低。

由于长度是通过施加的伸长或收缩率而改变的，因此收缩率随着施加的伸长线性增加，其斜率随着烘箱温度的变化几乎恒定。在176℃的给定烘箱温度下，干热收缩为每施加1％的伸长增加大约0.46％。

如图15所示，PET的行为与PTT的类似。由于它是热处理纤维，而不是松弛纤维，因此即使在100℃下，对比纱线的收缩率也随着烘箱温度的增加而降低。由于它具有高模量，因此在高伸长和低烘箱温度下，纤维也不伸长，但是纱线中纤维滑动，因此收缩率的增加没有PTT的那样大。对于高于130℃的烘箱温度来说，PET的干热收缩率为每施加1％的伸长大约增加0.55％。这比PTT的多少有些高，但是对两者评经验估计，大约每1％的伸长增加0.5％收缩率。

图16比较了PTT和PET纱线在最高和最低热定形温度下的收缩率。在相同的烘箱条件下，PTT的干热收缩率大约比PET的低2-2.5％。如上所述，这两者的收缩率随着施加的伸长而增加的几乎相同。

PTT/棉混合物的收缩率随着烘箱温度的降低和施加的伸长的增加而增加，这一点与PET混合物的相似(图17)。其随着施加的伸长几乎线性增加，每施加1％的伸长，收缩率大约增加0.47％。对于类似条件，棉混合物的收缩率比PET混合物的大约低1％。对于该组样品来说，评经验估计，每施加1％的伸长，干热收缩率增加0.5％。

细纱沸水收缩率

除了无定形取向是存在于纤维中以及在玻璃化转变温度和100℃之间熔融的所有晶体，沸水收缩率与干热收缩率行为相同，因此它远远低于干热收缩率。在有些其中水的增塑作用高的纤维中，这种收缩是可观的。通过松弛温度高于100℃的拉伸松弛方法制备的纤维通常具有非常低的沸水收缩率。热处理纤维通常具有相对高的沸水收缩率，这是由于它们在张力下被加热和总是存在无定形取向。

这些样品一般遵守这些原理。所有混合物表现出与干热收缩相同的行为，即收缩率随着烘箱温度的增加而降低，随着施加的伸长而增加。

PTT对比纱线具有2％的收缩率，即使组成它的纤维是在100℃下松弛的。这说明，在加工过程中，可能是在粗梳过程中，产生了一些冷拉伸。如果PTT的模量低，这也是预料之中的。PTT纱线收缩率为每施加1％的伸长增加大约0.38％。对PET纱线由于是通过热处理方法制备的，因此比PTT具有相对更高的收缩率(4.5％对2％)。纱线收缩率为每施加1％的伸长增加0.47％。假设纱线热定形条件相似，一般来说，PTT纱线的干热收缩率比PET纱线大约低1％(图18)。

PTT/PET混合纱线的收缩率为每施加1％的伸长增加0.44％，而PTT/棉纱线增加0.417％。评经验估计沸水收缩率，对于所有测试条件来说，每施加1％的伸长增加大约0.4％。

对于100％的PTT细纱来说，5％应变下的载荷几乎独立于烘箱温度，并与施加的伸长呈线性关系，每施加1％的伸长增加0.01gpd。这说明，由于纱线是在热定形过程中拉伸的，因此纱线伸长降低。PTT数据说明，由在100％下松弛的纤维制成的对比纱线在5％应变下，几乎与在0伸长和100℃下热定形的纱线具有相同的载荷。

PET纱线行为类似。此时，纱线相对于在100℃下热定形和施加零伸长的对比纱线来说，有相当大的改变，这是由于原料纤维被热处理了，而没有松弛。PET在5％伸长下的载荷的数量级高于施加了伸长的PTT，每施加1％的伸长为0.1gpd。

图19对比了PTT和PET的行为，并且PTT的伸长优势是显著的。不仅仅是对于5％应变所需要的力比不施加伸长的低3倍，而且对施加伸长的响应也非常小，这说明，可以在热定形PTT纱线中施加伸长而无需以过量牺牲纱线伸长为代价。令人感兴趣的是，施加了最大伸长的PTT样品(7.5％)在5％应变时需要的力比松弛7.5％的PET样品小45％。

细纱应力衰减

一种纱线或织物在发生应变并在恒定长度下持续一段时间后，应变的恢复量取决于两个因素：

当样品保持在恒定长度下的同时发生了多少应力衰减。极端的情况是，如果所有的应力都损失了，恢复将是零。

测试时间段之后应变的恢复量是多少。

这种细纱应力衰减试验包括：纱线发生5％的应变，然后将细纱在该长度下保持2分钟，并使纱线恢复到零应力。由测试图手工计算应力衰减，这种方法比从计算机分析方法得到的仪器计算数据多少有些不准确。应力衰减和恢复性是两个独立的现象，要分开来讨论。

100％PTT纱线的应力衰减独立于烘箱温度，并随着施加的伸长而线性降低。尽管直觉上认为应力衰减应当随着施加的伸长而增加，但是为其校正的r²非常高。PTT的应力衰减为每施加1％的伸长大约降低0.5％。尽管有一定的烘箱温度效应，但是PET纱线的行为类似，并且每施加1％伸长的降低量(衰减0.9％/施加1％的伸长)几乎为PTT的两倍。图20比较了PTT和PET的应力衰减。一般来说，PET在低施加伸长下比PTT的更高，而在高烘箱温度和低施加伸长下比PTT的更低。PTT/PET混合物的行为在两种纯纤维中间，对烘箱温度更加不敏感，为每施加1％应变的应力衰减降低0.7％。PTT/棉混合物的应力衰减独立于热定形条件。

细纱恢复性

PTT恢复性不受烘箱温度的影响，并且随着施加的伸长的增加而线性增加(每施加1％伸长，恢复性增加0.9％)。PET的恢复性随着烘箱温度的增加而或多或少地增加，但是主要影响是施加的伸长。其响应比PTT的更明显，每施加1％的伸长，恢复性增加2.2％。如图21所示，除了其中PET在高的烘箱温度下具有高的施加伸长，PTT的恢复性通常比PET高5-10％。PTT/PET混合纱的响应与纯PTT的相同，与烘箱温度无关，对施加的伸长有强的响应(每施加1％的伸长，恢复性增加1.7％)。PTT/棉混合物的结果有些奇怪，随着更高的烘箱温度和更大的施加伸长，恢复性增加。

细纱热定形中的性能的比较评定

作此工作的主要原因之一是要回答：“如果热定形纱线降低了其收缩率，那么伸长、恢复性和应力衰减变差了多少？”为了从该组数据回答该问题，有必要画出这些变量。由于所有的变量是相关变量，因此仅仅对于这组数据和其中相关变量是与我们在此所作的相同方式变化的其它数据来说，这种关系是正确的。鉴于此，让我们来观察其反映：

对于伸长/干热收缩率的比较评定来说，伸长随着干热收缩率的降低而增加(5％应变下的载荷降低)。这是有利的规则，因为通过让纱线收缩而降低的收缩率，不损失伸长。尽管r²非常低，为0.47，考虑到包括每个点，因此该数据可能是可靠的趋势引导。收缩率每降低1％，5％应变下的载荷降低0.01gpd。

恢复性/干热收缩率的比较评定是不利的。干热收缩率每降低1％，恢复性降低1.3％。该数据的r²相当可观，为0.64。

应力衰减/干热收缩率的交换是不利的，干热收缩率每增加1％，应力衰减增加0.9％。我们认为，应力衰减的这种增加对应于恢复性的降低。在任何时候，干热收缩率仅仅应当降低到用户所需要的最小值。

实施例4：在PTT短纤维制备中，将PTT树脂的IV从0.92降低 到0.82，提高了挤出可靠性

PTT合成纤维挤出过程中长丝的断裂大大限制了生产效率和产品质量。制备特性粘度为0.72-0.82范围内的PTT合成纤维有助于改进合成纤维生产操作性和产品质量，而不显著降低最终纤维的性能。

PTT特性粘度的降低有助于降低与挤出纤维的粘度相比的切片粘度的变化量。它也改进了纺丝组件中聚合物熔体的均匀性。IV为0.92的PTT树脂需要更加苛刻的纺丝组件过滤系统来保证挤出中的极限产量。它同时还通过降低生产过程中断裂长丝的数量来改进生产操作性。对于挤出小于2dpf的长丝来说，允许使用更低的挤出温度。PTT在高于260℃以上的熔体挤出温度下发生降解，这一点是公知的。当利用IV为0.92的树脂制备细旦数合成长丝(小于2dpf的长丝)时，我们不得不增加熔体挤出温度来将熔体粘度降低到足以避免过多的熔体湍流和熔体降解，其导致挤出过程中长丝断裂。它还降低了纤维产品中的收缩量，使之更容易拉伸操作和/或绕成稳定的纱线包。

Claims (10)

1.一种在现有PET纺织短纤维生产设备上利用聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)制备纺织短纤维的方法，包括：

(a)在245℃-253℃下熔融挤出PTT聚合物，

(b)利用至少一个纺丝板将挤出的PTT纺成纱线，

(c)将细纱移动到第一卷绕辊，其中该辊与纺丝板之间的距离为16-20英尺，

(d)将细纱在到达第一卷绕辊之前冷却到低于31℃，

(e)任选地，将细纱储存在不高于31℃的温度下，

(f)在拉伸操作之前，在至少60℃下，在张力下预调节该纱线，

(g)在至少60℃下拉伸纱线，

(h)任选地，使拉伸纱线在高达190℃下松弛，和

(i)在70℃-120℃下卷曲拉伸纱线，并将拉伸纱线的喂入速率由制备相应的PET的拉伸纱线喂入速率降低10-60％旦。

2.根据权利要求1的方法，其中PTT的特性粘度为0.55-1.0。

3.根据权利要求2的方法，其中PTT的特性粘度为0.72-0.82。

4.根据权利要求1、2或3的方法，其中细纱在到达第一卷绕辊之前被冷却到低于25℃。

5.根据权利要求1的方法，其中不使用松弛步骤，并且卷曲温度为70-100℃。

6.根据权利要求1的方法，其中使用松弛步骤，并且卷曲温度为80-120℃。

7.根据上述权利要求中任一项的方法，其中步骤(i)还包括使用比用于制备相应PET的卷曲机体积大10-50％的卷曲机体积。

8.根据上述权利要求中任一项的方法，其中拉伸纱线喂入速率降低40-60％。

9.一种在现有PET纺织短纤维生产设备上由聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)制备纺织短纤维的方法，包括：

(a)在245℃-253℃下熔融挤出PTT聚合物，

(b)利用至少一个纺丝板将挤出的PTT纺成纱线，

(c)将细纱移动到第一卷绕辊，其中该辊与纺丝板之间的距离为16-20英尺，

(d)将细纱在到达第一卷绕辊之前冷却到低于31℃，

(e)任选地，将细纱储存在不高于31℃的温度下，

(f)在拉伸操作之前，在至少60℃下，在张力下预调节该纱线，

(g)在至少60℃下拉伸纱线，

(h)任选地，使拉伸纱线在高达190℃下松弛，和

(i)在70℃-120℃下卷曲拉伸纱线，并使用比用于制备相应的PET的卷曲机体积大10-50％的卷曲机体积。

10.根据上述权利要求中任一项的方法，其中步骤(g)包括至少两步拉伸，第一步是在至少60℃下进行，而第二种以及随后的拉伸，如果存在的话，是在比第一拉伸温度更高的温度直至纱线熔点的温度下进行。

Images