KR20050016438A - Method and Apparatus for Producing Polyamide Filaments of High Tensile Strength by High Speed Spinning - Google Patents
Method and Apparatus for Producing Polyamide Filaments of High Tensile Strength by High Speed SpinningInfo
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Abstract
본 발명은 높은 인장 강도를 갖는 폴리아미드 필라멘트, 예컨대, 나일론 6,6을 고속으로 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그러한 필라멘트로부터 형성된 실 및 다른 물품에 관한 것이다. 본 발명은 실을 연신시키는 능력을 유지하면서 종래 기술과 동일하거나 더 우수한 비강도를 갖는 필라멘트사를 높은 방사 공정 속도로 제공하는데 특히 유용한다. 본 발명은 또한 광택제거 또는 착색된 폴리아미드 중합체로부터 압출된 필라멘트사의 제공에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for the production of high tensile strength polyamide filaments, such as nylon 6,6 at high speed. The invention also relates to yarns and other articles formed from such filaments. The present invention is particularly useful for providing at high spinning process speeds filament yarns having a specific strength equal to or better than the prior art while maintaining the ability to stretch the yarn. The present invention also relates to the provision of filament yarns extruded from deglossed or colored polyamide polymers.
Description
본 발명은 높은 인장 강도를 갖는 폴리아미드 필라멘트, 예컨대, 나일론 6,6을 고속으로 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그러한 필라멘트로부터 형성된 실 및 다른 물품에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for the production of high tensile strength polyamide filaments, such as nylon 6,6 at high speed. The invention also relates to yarns and other articles formed from such filaments.
여러가지 합성 중합체 필라멘트, 예컨대, 폴리아미드는 용융방사, 즉, 가열된 중합체 용융물로부터 압출된다. 용융방사된 중합체 필라멘트는 용융된 중합체를 복수개의 모세관을 갖는 방사구를 통해 압출시켜 제조한다. 필라멘트는 보통 방사구를 빠져나간 후 급냉 대역에서 냉각된다. 용융된 중합체의 급냉 및 이후의 고화에 대한 세부사항은 방사된 필라멘트의 품질에 상당한 영향을 미칠 수 있다. Various synthetic polymer filaments, such as polyamides, are extruded from melt spinning, ie, heated polymer melts. Melt-spun polymer filaments are prepared by extruding a molten polymer through a spinneret having a plurality of capillaries. The filament usually exits the spinneret and is then cooled in the quench zone. Details of the quenching and subsequent solidification of the molten polymer can have a significant impact on the quality of the spun filament.
급냉 방법으로는 횡류(cross-flow) 급냉, 방사상 급냉 및 공기(pneumatic) 급냉이 포함된다. 횡류 급냉은 흔히 고강도 폴리아미드 섬유의 제조에 사용되며, 냉각 기체를 막 압출된 필라멘트 열의 한쪽으로부터 횡으로 가로질러 숭풍하는 것을 포함한다. 횡류 급냉에서, 기류는 일반적으로 막 압출된 필라멘트의 이동 방향에 대해 직각으로 향한다. Quenching methods include cross-flow quenching, radial quenching and pneumatic quenching. Cross-flow quenching is often used in the production of high strength polyamide fibers, and involves cooling the cooling gas across from one side of the membrane extruded filament rows. In crossflow quenching, the airflow is generally directed at right angles to the direction of movement of the membrane extruded filaments.
방사상 급냉에서는, 냉각 기체가 막 압출된 필라멘트열을 둘러싼 급냉 스크린 시스템의 내부로 향한다. 그러한 냉각 기체는 일반적으로 필라멘트와 함께 아래로 통과하여 급냉 장치 밖으로 나감으로써 급냉 장치를 떠나게 된다. In radial quenching, the cooling gas is directed into the interior of the quench screen system surrounding the filament rows just extruded. Such cooling gas generally passes down with the filament and exits the quench system by exiting it.
횡류 급냉 및 방사상 급냉은 모두 높은 비강도 적용에 있어서 약 2,800 내지3,000 미터/분의 비교적 낮은 속도의 섬유 생성으로 제한된다. 보다 높은 제조 속도는 연신 단계에서 파단 필라멘트의 수를 증가시킨다. 파단 필라멘트는 공정의 연속성을 방해하고, 생산 수율을 감소시킨다. Both cross-flow quenching and radial quenching are limited to relatively low velocity fiber production of about 2,800-3,000 meters / minute for high specific strength applications. Higher production rates increase the number of fracture filaments in the draw step. Fractured filaments interfere with the continuity of the process and reduce production yields.
1980년대에 바실라토스(Vassilatos)와 쯔(Sze)는 중합체 필라멘트, 특히, 폴리에스테르 필라멘트의 고속 방사에서 중대한 개선을 이루어냈다. 이 개선은 미국 특허 제4,687,610호, 제4,691,003호 및 제5,034,182호에 개시되어 있다. In the 1980s, Vassilatos and Sze made significant improvements in the high-speed spinning of polymer filaments, particularly polyester filaments. This improvement is disclosed in US Pat. Nos. 4,687,610, 4,691,003 and 5,034,182.
상기 특허들은 기체가 막 압출된 필라멘트를 둘러싸 그의 온도 및 감쇠 프로파일을 조절하도록 하는 기체 조절 기술을 개시하였다. 이러한 종류의 급냉 시스템 및 방법은 공기 급냉 또는 공기 방사 시스템으로서 공지되었다. 다른 공기 급냉 방법으로는 미국 특허 제5,976,431호 및 미국 특허 제5,824,248호에 기재된 것들이 포함된다. The patents disclose a gas conditioning technique that allows the gas to surround the membrane extruded filament and adjust its temperature and damping profile. Quench systems and methods of this kind are known as air quench or air spinning systems. Other air quenching methods include those described in US Pat. No. 5,976,431 and US Pat. No. 5,824,248.
공기 급냉 방사 공정은 방사시 필라멘트 및 이후의 실 장력이 감소된다는 이점을 제공한다. 일반적으로, 이 감소된 실 장력은 감소된 필라멘트 파단에서 보다 높은 방사 속도를 통한 보다 높은 생산성, 및 및 권취된 실에서의 유리한 가공성을 제공한다. 일반적으로, 공기 급냉은 소정 부피의 냉각 기체를 공급하여 중합체 필라멘트를 냉각시키는 것을 포함한다. 임의의 기체를 냉각 매체로 사용할 수 있다. 냉각 기체는 바람직하게는 쉽게 이용가능한 공기이다. 중합체 필라멘트의 민감한 특성으로 인해 필요한 경우, 특히 중합체 필라멘트가 고온이고 막 압출되었을 때에는, 다른 기체, 예를 들어 수증기 또는 질소와 같은 불활성 기체가 사용될 수도 있다. The air quench spinning process provides the advantage that the filament and subsequent thread tension during spinning are reduced. In general, this reduced yarn tension provides higher productivity through higher spinning speeds at reduced filament breaks, and advantageous processability in wound yarns. In general, air quenching involves supplying a volume of cooling gas to cool the polymer filaments. Any gas can be used as the cooling medium. The cooling gas is preferably readily available air. If desired due to the sensitive nature of the polymer filaments, especially when the polymer filaments are hot and membrane extruded, other gases may be used, for example inert gases such as water vapor or nitrogen.
공기 방사에서, 냉각 기체 및 필라멘트는 도관을 따라 동일한 방향으로 실질적으로 나란하게 이동하며, 이 때 속도는 롤 어셈블리 수단의 속도에 의해 조절된다. 장력 및 온도는 기체 유속, 도관의 직경 또는 단면(기체 속도를 조절함) 및 도관의 길이에 의해 조절된다. 기체는 도관을 따라 하나 이상의 위치에서 도입될 수 있다. 공기 방사는 5,000 미터/분 초과의 방사 속도를 가능하게 한다 In air spinning, the cooling gas and the filaments move substantially side by side in the same direction along the conduit, where the speed is controlled by the speed of the roll assembly means. Tension and temperature are controlled by the gas flow rate, the diameter or cross section of the conduit (which controls the gas velocity) and the length of the conduit. The gas may be introduced at one or more locations along the conduit. Air spinning enables spinning speeds greater than 5,000 meters / minute
비강도(tenacity)는 공업적 섬유의 주요 섬유 특성이다. 비강도는 급냉된 섬유를 단계적으로 연신하여 얻어진다. 이 단계적 연신은 기존의 상업적으로 이용가능한 낮은 속도의 횡류에서 잘 기능한다. 공지된 횡류 급냉 및 커플링된 방사-연신 장치의 일례를 도 1에 나타내었다. 이 장치에서, 용융된 폴리아미드를 (10)에서 방사 팩 (20)에 도입한다. 중합체를 미연신 필라멘트 (30)으로서 목적하는 단면을 부여하도록 고안된 오리피스를 갖는 방사 팩으로부터 압출한다. 필라멘트가 방사 팩의 모세관에서 빠져나간 후 도 1의 (40)에서 횡류 냉각 공기로 급냉시켜 섬유를 냉각시킨다. 이들 필라멘트를 통상의 피니시 윤활제를 (50)에서 적용하면서 실 (60)으로 수렴시키고, 공급 롤 어셈블리 (70)에 의해 전송한다. 이어서, 실을 제1 연신 롤 쌍 (80)으로 공급하고, 이어서, 제2 연신 롤 쌍 (100)으로 공급한다. 핫 튜브 (90) 또는 연신 보조기구를 사용하여 연신 공정의 제2 단계를 용이하게 할 수 있다. 실은 풀러 롤 (110) 및 (120)에서 감속된다. 롤 (110)은 감속 롤로도 공지되어 있으며, 실의 수축율을 조절하기 위해 연신 롤 어셈블리 (100)보다 낮은 속도로 구동될 수 있다. 롤 (120)은 렛-다운 롤 (let-down roll)로도 공지되어 있으며, 실의 장력을 이완시켜 실이 연신시에 경험하는 것보다 더 낮은 장력으로 권취되게 한다. 가이드 (130)은 실을 실 패키지 (140)에 안착시켜 권취되게 한다. Tenacity is the main fiber property of industrial fibers. Specific strength is obtained by stretching the quenched fibers step by step. This stepwise stretching works well in existing commercially available low speed crossflows. One example of a known cross-flow quench and coupled spin-drawing apparatus is shown in FIG. 1. In this apparatus, the molten polyamide is introduced at 10 into the spin pack 20. The polymer is extruded from the spin pack having an orifice designed to impart the desired cross section as the unstretched filament 30. After the filament exits the capillary of the spinning pack, the fiber is cooled by quenching with cross-flow cooling air in FIG. These filaments converge into the seal 60 while applying a conventional finish lubricant at 50 and are transferred by the feed roll assembly 70. Subsequently, the yarn is supplied to the first stretching roll pair 80, and then the second stretching roll pair 100 is supplied. The hot tube 90 or stretching aid may be used to facilitate the second stage of the stretching process. The thread is decelerated in the puller rolls 110 and 120. Roll 110, also known as a reduction roll, can be driven at a lower speed than stretch roll assembly 100 to control the shrinkage of the yarn. Roll 120, also known as a let-down roll, relaxes the tension of the thread so that the thread is wound to a lower tension than experienced during stretching. The guide 130 seats the thread in the seal package 140 to be wound up.
횡류 급냉 시스템을 이용하는 공지된 용융 압출 및 커플링된 다단계 연신 어셈블리를 도 2에 나타내었다. 도 2의 장치는 도 1의 장치와 유사하지만, 도 1의 핫 튜브를 포함하지 않는데, 이는 핫 튜브가 섬유를 손상시킬 수 있기 때문이다. 도 2에서, 연신은 핫 튜브 대신 롤을 통해 달성된다. 이 장치에서, 용융된 폴리아미드를 (200)에서 방사 팩 (210)으로 도입한다. 중합체를 미연신 필라멘트 (22)으로서 목적하는 단면을 부여하도록 고안된 오리피스를 갖는 방사 팩으로부터 압출한다. 필라멘트가 방사 팩의 모세관을 빠져나간 후에 도 2의 (230)에서 횡류 냉각 기체에 의해 급냉시켜 섬유를 냉각시킨다. 이 필라멘트를 통상의 피니시 윤활제를 (240)에서 적용하면서 (250)에 나타낸 실 다발로 수렴시키고, 공급 롤 어셈블리 (260)에 의해 전송한다. 이어서, 실을 제1 단계 연신 롤 쌍 (270)에 공급하고, 이어서 제2 연신 롤 쌍 (275)에 공급한다. 임의적인 제3 연신 롤 어셈블리 (280)을 사용하여 섬유를 추가로 연신시킬 수 있다. 실을 감속 롤 (285)에서 감속시킨다. 가이드 (290)은 실을 권취기 척에 의해 회전되는 실 패키지 (295)에 안착시켜 권취되게 한다. A known melt extrusion and coupled multistage drawing assembly using a crossflow quench system is shown in FIG. 2. The device of FIG. 2 is similar to the device of FIG. 1, but does not include the hot tube of FIG. 1 because the hot tube can damage the fibers. In FIG. 2, stretching is achieved through rolls instead of hot tubes. In this apparatus, the molten polyamide is introduced at 200 into the spin pack 210. The polymer is extruded from the spin pack having an orifice designed to impart the desired cross section as the unstretched filament 22. After the filament exits the capillary of the spin pack, it is quenched by a cross flow cooling gas at 230 in FIG. 2 to cool the fiber. This filament converges into the bundle of yarns shown at 250 while applying a conventional finish lubricant at 240 and is transferred by feed roll assembly 260. The yarn is then fed to the first stage stretching roll pair 270 and then to the second stretching roll pair 275. Optional third draw roll assembly 280 may be used to further stretch the fibers. The thread is decelerated on the deceleration roll 285. Guide 290 seats the thread in a seal package 295 that is rotated by the winder chuck to be wound.
도 1 및 2의 횡류 급냉 시스템에서 생산성을 증대시키기 위해 횡류 급냉을 사용하면서 보다 높은 방사 속도를 달성하는 것은 불가능하다. 실은 연신하는 능력은 횡류의 사용에 의해 현저히 감소되어 최종 실의 비강도가 감소된다. 더욱이, 생성된 폴리아미드사가 보다 느린 속도에서 얻어진 것과 최소한 동일한 특성을 갖는 것이 중요하다. 특히, 목적하는 비강도, 파단신도 및 생성된 실의 균일성을 유지하는 것이 요망된다. 따라서, 이들 특성을 유지하는 높은 고속 실 방사 방법 및 장치가 당업계에 필요하다. It is not possible to achieve higher spinning rates while using crossflow quench to increase productivity in the crossflow quench systems of FIGS. 1 and 2. The ability to stretch the yarn is significantly reduced by the use of cross flow to reduce the specific strength of the final yarn. Moreover, it is important that the resulting polyamide yarns have at least the same properties as those obtained at slower speeds. In particular, it is desirable to maintain the desired specific strength, elongation at break and uniformity of the yarn produced. Thus, there is a need in the art for high speed yarn spinning methods and apparatus that maintain these properties.
고속 방사 속도 이용의 어려움은 특히 착색 또는 광택제거되는 나일론 실에서 명백하다. 그러한 실은 다양한 색상 범위를 제공하는 안료를 함유하는 나일론 중합체로부터 압출된다. 나일론 실 중합체는 흔히 이산화티탄 또는 황화아연의 첨가에 의해 광택제거된다. 전형적으로, 광택제거 및(또는) 착색된 나일론은 용융 압출에 있어서 부분적으로는 비착색 또는 비광택제거된 나일론에 비해 상이한 용융 흐름 거동, 미세구조 발달 및 열 손실 특성으로 인해 문제를 일으킨다. 광택제거 또는 착색된 중합체를 사용할 경우의 증가된 필라멘트 파단 수준은 오래된 문제이다. 압출 속도를 증가시키려는 시도는 필라멘트 파단 문제를 악화시킨다고 공지되어 있다. 따라서, 필라멘트 파단을 일으키지 않고 착색된 폴리아미드사를 제조하는 고속 방사 공정을 제공하는 것이 특히 바람직할 것이다. The difficulty of using high speed spinning rates is especially evident in nylon yarns that are colored or polished. Such yarns are extruded from nylon polymers containing pigments that provide a variety of color ranges. Nylon yarn polymers are often polished by the addition of titanium dioxide or zinc sulfide. Typically, deglossed and / or colored nylons cause problems in melt extrusion due in part to different melt flow behavior, microstructure development and heat loss properties compared to unpigmented or unmatted nylon. Increased filament break levels when using deglossed or colored polymers are an old problem. Attempts to increase the extrusion rate are known to exacerbate the filament break problem. It would therefore be particularly desirable to provide a high speed spinning process for producing colored polyamide yarns without causing filament breakage.
발명의 요약Summary of the Invention
본 발명에서는, 높은 비강도의 실을 상업적으로 요망되는 수준의 파단신도 및 수축율에서 약 2500 미터/분 내지 약 5000 미터/분 초과 범위의 방사 속도(최고속 연신 롤의 표면 속도로 정의됨)로 제조한다. 대조적으로, 통상의 횡류 급냉을 사용하는 종래의 방법에 의해 제조되는 실은 방사 속도를 증가시킴에 따라 비강도 및 신도의 손실이 수반된다. 이들 통상의 방법에 의해 제조된 섬유의 수축율도 또한 바람직하지 못하게 높다. 이들 특성의 양호한 균형은 자동차 에어 백, 경화 고무내 강화 실 (예컨대, 타이어실), 방호복, 연질 백(soft luggage)와 같은 적용에 사용되는 특수 폴리아미드 섬유의 요건을 충족시키기 위해 요구된다. 또한, 낮은 파단신도 및 수축율과 조합된 낮은 강도는 전형적으로 조야하고 상업적 품질에 미치지 못하는 공정임을 의미한다. In the present invention, high specific strength yarns are produced at a spinning speed (defined as the surface speed of the fastest stretching roll) in the range of about 2500 meters / minute to more than about 5000 meters / minute at commercially desired levels of elongation at break and shrinkage. Manufacture. In contrast, yarns produced by conventional methods using conventional crossflow quenching are accompanied by a loss of specific strength and elongation as the spinning speed increases. The shrinkage of the fibers produced by these conventional methods is also undesirably high. A good balance of these properties is required to meet the requirements of specialty polyamide fibers used in applications such as automotive air bags, reinforcement seals (e.g., tire seals) in hardened rubber, protective clothing, soft luggage. In addition, low strength in combination with low elongation at break and shrinkage mean that the process is typically rough and of less than commercial quality.
따라서, 고강도 나일론 실 및 안료를 함유하는 고강도 나일론 실의 생산성 및 실 특성을 동시에 개선하면서 증가된 필라멘트 압출 속도를 제공하는 것이 또한 본 발명의 목적이다. It is therefore also an object of the present invention to provide increased filament extrusion rates while simultaneously improving the productivity and yarn properties of high strength nylon yarns and pigment containing high strength nylon yarns.
목적하는 특성을 갖는, 예컨대, 통상의 횡류 급냉 공정에서 제조된 생성물에서 얻어지는 것과 최소한 동일한 특성을 갖는 (임의로 착색된) 폴리아미드 필라멘트, 실 및 물품을 제공하는 고속 방사 및 커플링된 연신 공정을 제공하는 것이 또한 본 발명의 또다른 목적이다. 개선된 비강도를 갖는 실 및 물품을 제공하는 것이 본 발명의 또다른 목적이다. Providing a fast spinning and coupled drawing process that provides (optionally colored) polyamide filaments, yarns and articles having the desired properties, such as at least the same properties as those obtained in products made in conventional crossflow quenching processes. It is also another object of the present invention. It is another object of the present invention to provide yarns and articles having improved specific strength.
상기 목적에 따라, 본 발명은 중합체 용융물을 방사 팩을 통해 압출하여 하나 이상의 필라멘트를 형성하는 단계; 필라멘트에 급냉 공기가 제공되고 급냉 기체가 필라멘트의 방향과 동일한 방향으로 이동하는 공기 급냉 챔버에 필라멘트를 통과시켜 필라멘트를 냉각 및 고화시키는 단계; 필라멘트를 기계적 연신 단계에 통과시키는 단계 및 필라멘트를 연신하고 길이를 늘여 실을 형성하는 단계를 포함하는, 폴리아미드사의 제조 방법을 제공한다. 실이 멀티필라멘트사일 경우, 하나 이상의 필라멘트가 복수개의 필라멘트를 포함하고, 복수개의 필라멘트가 멀티필라멘트사로 수렴되며, 실은 기계적 연신 단계를 지나면서 연신되어 길어진다. 실이 모노필라멘트사일 경우, 하나 이상의 필라멘트가 실 당 하나의 필라멘트를 포함한다. In accordance with this object, the present invention comprises the steps of extruding a polymer melt through a spin pack to form one or more filaments; Cooling and solidifying the filament by passing the filament through an air quench chamber in which quench air is provided to the filament and the quench gas moves in the same direction as the filament; Provided is a method for producing a polyamide yarn comprising passing the filament through a mechanical stretching step and stretching the filament and extending the length to form a yarn. When the yarn is a multifilament yarn, one or more filaments comprise a plurality of filaments, the plurality of filaments converge into the multifilament yarn, and the yarn is stretched and lengthened through a mechanical stretching step. If the yarn is a monofilament yarn, the one or more filaments comprise one filament per yarn.
본 발명의 추가의 목적, 특징 및 이점은 이하 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.Further objects, features and advantages of the invention will be apparent from the following detailed description.
도 1은 연신에 핫 튜브를 사용하는 종래의 필라멘트 급냉 및 커플링된 방사-연신 장치의 개략적 단면도이다. 1 is a schematic cross-sectional view of a conventional filament quench and coupled spin-drawing apparatus using a hot tube for stretching.
도 2는 연신에 핫 튜브 대신 롤을 사용하는 또다른 종래의 필라멘트 급냉 및 커플링된 방사-연신 장치의 개략적 단면도이다. 2 is a schematic cross-sectional view of another conventional filament quenched and coupled spin-drawing apparatus that uses rolls instead of hot tubes for stretching.
도 3은 본 발명에 따른 공기 필라멘트 급냉 장치의 개략적 단면도이다.3 is a schematic cross-sectional view of an air filament quenching apparatus according to the present invention.
도 4는 본 발명의 상이한 실시양태에 따른 필라멘트 공기 급냉 및 커플링된 방사-연신 장치의 개략적 단면도이다.4 is a schematic cross-sectional view of a filament air quenching and coupled spin-drawing apparatus in accordance with different embodiments of the present invention.
도 5는 본 발명의 또다른 실시양태에 따른 필라멘트 공기 급냉 및 커플링된 방사-연신 장치의 개략적 단면도이다.5 is a schematic cross-sectional view of a filament air quenching and coupled spin-drawing apparatus according to another embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명 및 종래 기술에서 달성가능한 최대 연신비를 방사 속도의 함수로써 비교한 그래프이다. 6 is a graph comparing the maximum draw ratio achievable in the present invention and the prior art as a function of spinning speed.
도 7은 본 발명 및 종래 기술에 따라 방사된 필라멘트에 대해 측정한 비강도를 방사 속도의 함수로써 비교한 그래프이다. 7 is a graph comparing the specific intensity measured for filaments spun in accordance with the present invention and the prior art as a function of spinning speed.
본 발명에 따라서, 모노필라멘트 및 멀티필라멘트 폴리아미드사의 제조 방법이 제공된다. 일반적으로, 모노필라멘트사는 실 당 하나의 필라멘트로 이루어진 반면, 멀티필라멘트사는 복수개의 모노필라멘트로 이루어진다. "필라멘트"라는 용어는 본원에서 일반적으로 사용되며, 당업계에 스테이플로 공지된 불연속 섬유도 포함한다. 용융 방사, 다이 또는 방사구 모세관을 통한 압출에 의해 형성된 폴리아미드 필라멘트는 처음에 연속적인 필라멘트 형태로 제조된다. 이렇게 생성된 필라멘트는 모세관의 단면 형상에 따라 결정되는 임의의 목적하는 단면 형상을 가지며, 원형, 타원형, 삼엽형(trilobed), 다엽형(multilobed), 리본형 및 독본(dog bone) 형이 포함될 수 있다. According to the present invention, a process for producing monofilament and multifilament polyamide yarns is provided. Generally, monofilament yarns consist of one filament per yarn, while multifilament yarns consist of a plurality of monofilaments. The term “filament” is generally used herein and includes discontinuous fibers known as staples in the art. Polyamide filaments formed by melt spinning, extrusion through a die or spinneret capillary, are initially produced in the form of continuous filaments. The filaments thus produced have any desired cross-sectional shape, determined according to the cross-sectional shape of the capillary, and may include round, oval, trilobed, multilobed, ribbon and dog bone types. have.
임의의 용융방사가능한 폴리아미드를 사용하여 본 발명의 필라멘트를 제조할 수 있다. 폴리아미드는 단독중합체, 공중합체 또는 삼원공중합체, 또는 중합체들의 혼합물일 수 있다. 예시적인 폴리아미드로는 폴리헥사메틸렌 아디프아미드(나일론 6,6); 폴리카프로아미드(나일론 6); 폴리에난트아미드(나일론 7); 나일론 10; 폴리도데카노락탐(나일론 12); 폴리테트라메틸렌아디프아미드(나일론 4,6); 폴리헥사메틸렌 세바스아미드 단독중합체(나일론 6,10); n-도데칸디산과 헥사메틸렌디아민 단독중합체의 폴리아미드(나일론 6,12); 및 도데카메틸렌디아민 및 n-도데칸디산의 폴리아미드(나일론 12,12)가 포함된다. 본 발명에 사용되는 폴리아미드의 제조 방법은 당업계에 공지되어 있고, 당업계에 공지된 대로, 중합체를 형성하기 위한 촉매, 조촉매 및 사슬분지제의 사용을 포함한다. 바람직하게는, 중합체는 나일론 6, 나일론 6,6 또는 이들의 조합이다. 가장 바람직하게는, 폴리아미드는 나일론 6,6이다. Any meltspun polyamide can be used to make the filaments of the present invention. The polyamide may be a homopolymer, copolymer or terpolymer, or a mixture of polymers. Exemplary polyamides include polyhexamethylene adipamide (nylon 6,6); Polycaproamide (nylon 6); Polyenanthamide (nylon 7); Nylon 10; Polydodecanolactam (nylon 12); Polytetramethyleneadipamide (nylon 4,6); Polyhexamethylene sebacamide homopolymer (nylon 6,10); polyamides of n-dodecanediic acid and hexamethylenediamine homopolymers (nylon 6,12); And polyamides (nylon 12,12) of dodecamethylenediamine and n-dodecanediic acid. Methods of preparing polyamides for use in the present invention are known in the art and include the use of catalysts, promoters and chain branching agents to form polymers, as is known in the art. Preferably, the polymer is nylon 6, nylon 6,6 or a combination thereof. Most preferably, the polyamide is nylon 6,6.
본 발명의 방법에서, 중합체 용융물은 방사 팩을 통해 압출되어 하나 이상의 필라멘트를 형성한다. 방사 팩은 하나 이상의 필라멘트를 형성하기 위하여, 공지 기술에 의해 1 개, 2 개 또는 복수 개의 구멍(모세관)이 뚫린 방사구 판을 포함할 수 있다. 모노필라멘트사시양태에서는, 단일 또는 모노필라멘트가 모노필라멘트사를 형성하고, 멀티필라멘트사시양태에서는, 복수개의 모노필라멘트가 멀티필라멘트사를 형성한다. In the process of the invention, the polymer melt is extruded through a spin pack to form one or more filaments. The spin pack may comprise spinneret plates with one, two or a plurality of holes (capillaries) per known art for forming one or more filaments. In a monofilament yarn embodiment, a single or monofilament forms a monofilament yarn, and in a multifilament yarn embodiment, a plurality of monofilaments form a multifilament yarn.
사용될 수 있는 적합한 공기 방사 방법 및 시스템의 예는 미국 특허 제5,824,248호 및 미국 특허 출원 제09/547,854호(2000년 4월 12일 출원)에 기재되어 있다. 상기 기재한 임의의 공기식 방법을 또한 사용할 수 있다. 본 발명에 사용하기 위한 바람직한 필라멘트 공기 급냉 시스템을 도 3에 개략적으로 나타내었다. 도 3의 어셈블리는 도 4 또는 5의 급냉 챔버로서 사용될 수 있다. 도 3에서, 중합체 용융물 (300)은 필라멘트 방사 팩 (305) 및 하나 이상, 및 바람직하게는 다수개의 모세관을 갖는 방사구 판 (310)을 통해 압출되어 하나 이상, 및 바람직하게는 복수개의 필라멘트 (315)를 형성한다. 하나 이상의 필라멘트는 공기 급냉 어셈블리의 일부인 공기 급냉 챔버 (320)을 통과한다. 공기 급냉 어셈블리는 높이 (A)의 가열되거나 가열되지 않은 급냉 지연 구획; 높이 (B) 및 직경 (D1)의 급냉 스크린 구획 (345); 높이 (C1) 및 직경 (D2)의 급냉 연결 튜브 (355); 높이 (C2)의 연결 테이퍼 (325); 및 높이 (C3) 및 직경 (D3)의 급냉 튜브를 포함한다. 기체 챔버에서, 급냉 기체가 (340)에서 제공되어 필라멘트를 냉각 및 고화시킨다. 바람직하게는, 필라멘트는 급냉 챔버를 1500 미터/분 미만의 속도로 통과한다. 급냉 스크린 (345)는 급냉 챔버 중의 필라멘트를 둘러싸며, 천공된 급냉 스크린 (350)이 임의로는 급냉 챔버의 급냉 스크린 옆에 위치할 수 있다. 필라멘트 및 급냉 기체는 급냉 튜브 (330)을 통해 급냉 챔버를 빠져나간다. 막 급냉된 실은 (355)로 나타나 있다.Examples of suitable air spinning methods and systems that can be used are described in US Pat. No. 5,824,248 and US Patent Application 09 / 547,854, filed Apr. 12, 2000. Any pneumatic method described above may also be used. A preferred filament air quench system for use in the present invention is shown schematically in FIG. 3. The assembly of FIG. 3 can be used as the quench chamber of FIG. 4 or 5. In FIG. 3, the polymer melt 300 is extruded through a filament spinning pack 305 and at least one, and preferably a spinneret plate 310 having a plurality of capillaries, to at least one, and preferably a plurality of filaments ( 315). One or more filaments pass through an air quench chamber 320 that is part of the air quench assembly. The air quench assembly comprises a heated or unheated quench delay section of height A; Quench screen section 345 of height B and diameter D 1 ; Quench connection tube 355 of height C 1 and diameter D 2 ; Connecting taper 325 of height C 2 ; And a quench tube of height C 3 and diameter D 3 . In the gas chamber, a quench gas is provided at 340 to cool and solidify the filament. Preferably, the filament passes through the quench chamber at a rate of less than 1500 meters / minute. The quench screen 345 surrounds the filaments in the quench chamber, and a perforated quench screen 350 can optionally be positioned next to the quench screen of the quench chamber. Filament and quench gas exit the quench chamber through quench tube 330. The just quenched yarn is indicated by 355.
소정의 중합 조건에서, 필라멘트 크기 및 처리량, 방사구 판과 연결 테이퍼 사이의 거리는 기체가 가속되고 공기에 의한 급냉 효과를 제공하는 필라멘트 상의 위치를 결정한다. 급냉 기체는 도 3의 화살표로 표시된 바와 같이 필라멘트의 방향과 동일한 방향으로 이동된다. 급냉 기체 속도는 필라멘트 속도에 대해 조절되며, 이것은 필라멘트에 대한 급냉 기체의 공기역학적 항력(drag force)을 최소화한다. 이러한 힘은 일반적으로 보다 높은 방사 속도에서 보다 현저하게 작용하여 필라멘트를 감쇠시키고, 막 방사된 필라멘트에 바람직하지 않은 조기 배향을 부여한다. 방사 공정의 급냉부에서의 필라멘트 배향은 바람직하지 않은데, 이는 상기 배향이 이용가능한 필라멘트의 최종적인 기계적 연신을 제한하기 때문이다. 기체에 의해 급냉되는 방사 공정에서 필라멘트가 겪는 공기역학적 항력의 감소는 보다 낮은 배향(필라멘트의 복굴절로 측정됨)을 유발한다. At certain polymerization conditions, the filament size and throughput, the distance between the spinneret plate and the connecting taper, determine the location on the filament where the gas is accelerated and provides a quenching effect by air. The quench gas is moved in the same direction as that of the filament, as indicated by the arrow in FIG. 3. The quench gas velocity is adjusted relative to the filament velocity, which minimizes the aerodynamic drag force of the quench gas on the filament. This force generally acts more prominently at higher spinning speeds to dampen the filaments and impart undesirable early orientation to the membrane spun filaments. Filament orientation in the quench portion of the spinning process is undesirable because this orientation limits the final mechanical stretching of the available filaments. The decrease in aerodynamic drag experienced by the filament in the spinning process, which is quenched by gas, leads to lower orientation (measured by the birefringence of the filament).
본 발명의 방법에 따라 제조된 필라멘트로부터 폴리아미드사의 형성을 도 4 및 5에 예시하였다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 중합체 용융물 (400)은 방사 팩 (410)을 통해 압출되어 하나 이상, 및 바람직하게는 복수개의 필라멘트 (420)을 형성한다. 방사 팩 (410)은 여과 매체 및 다중 모세관 방사구 판을 함유한다. 막 압출된 필라멘트 (420)은 도 3에 나타낸 종류의 공기 급냉 챔버 (430)에서 급냉 공기 (440)을 급냉 챔버 (430)으로 도입함으로써 급냉된다. 급냉 스크린 (435)는 도 4에서 필라멘트를 둘러싼다. The formation of polyamide yarn from filaments made according to the method of the invention is illustrated in FIGS. 4 and 5. As shown in FIG. 4, the polymer melt 400 is extruded through the spin pack 410 to form one or more and preferably a plurality of filaments 420. The spin pack 410 contains filtration media and multiple capillary spinneret plates. The membrane-extruded filament 420 is quenched by introducing quench air 440 into the quench chamber 430 in an air quench chamber 430 of the kind shown in FIG. The quench screen 435 surrounds the filament in FIG. 4.
멀티필라멘트사 실시양태에서, 본 발명의 방법은 고화된 필라멘트를 멀티필라멘트사로 수렴하는 단계를 또한 포함한다. 급냉 챔버 (430)에서 빠져나온 필라멘트 (420)은 필라멘트 피니시 적용 롤 (450)의 하류에 위치한 피크테일(pig tail) 가이드 (455)에 의해 실 (460)으로 수렴된다. 피니시 롤 (450)은 당업계에 공지된 유제 또는 다른 종류의 피니시를 적용하기 위해 사용된다. In a multifilament yarn embodiment, the method of the present invention also includes converging the solidified filament into a multifilament yarn. The filament 420 exiting the quench chamber 430 converges into the seal 460 by a peak tail guide 455 located downstream of the filament finish application roll 450. Finish roll 450 is used to apply emulsions or other types of finishes known in the art.
본 발명의 방법은 필라멘트, 또는 멀티필라멘트사 실시양태의 경우에는 실을 기계적 연신 단계에 통과시키는 단계, 및 필라멘트 또는 실을 연신시켜 늘이는 단계를 또한 포함한다. 필라멘트는 하나 이상, 및 일반적으로는 다수의 연신 단계에서 연신된다. 이 단계는 도 4의 실시양태에서 제1 연신 롤 쌍 (470) 및 제2 연신 롤 쌍 (480)에 의해 수행된다. 공급 롤 어셈블리 (465)는 처리된 실 (460)을 가열되고 공급 롤 (465)보다 높은 속도로 구동되는 제1 연신 롤 쌍 (470)으로 전송하여 롤 (465)와 (470) 사이의 공간에서 실을 연신시킨다. 제2의 가열된 연신 롤 쌍 (480)은 롤 (470)보다 높은 표면 속도로 구동되며, 미국 특허 제4,880,961호에 개시된 바와 같이 가열된 연신 핀 어셈블리 또는 핫 튜브 (475) 상에서 실을 추가로 연신한다. 바람직하게는, 필라멘트 또는 실은 최종 연신 단계를 약 2600 미터/분 초과, 및 보다 더욱 바람직하게는 약 4500 미터/분 초과의 속도로 통과한다. 롤 표면 속도의 비(최고속도 롤/최저속도 롤)로서 정의되는 연신비는 높은 실 강도 또는 비강도를 달성하기 위해 필요한 중합체 사슬 정렬(배향)을 제공한다. 바람직하게는, 필라멘트 또는 실을 약 3 내지 약 6의 연신비로 연신한다. 가열된 롤 표면 (470), (480) 및 연신 핀 어셈블리 (475)의 열은 멀티필라멘트사의 연신된(배향된) 구조를 안정화시킨다. 실은 롤 (480)과 롤 (482) 및 (485) 사이에서 감속되어 최종 실 수축율이 조절된다. The process of the present invention also includes passing the yarn through a mechanical drawing step in the case of a filament or multifilament yarn embodiment, and stretching and stretching the filament or yarn. The filaments are stretched in one or more, and generally in a number of stretching stages. This step is performed by the first draw roll pair 470 and the second draw roll pair 480 in the embodiment of FIG. 4. The feed roll assembly 465 transfers the treated seal 460 to a first draw roll pair 470 that is heated and driven at a higher speed than the feed roll 465 in the space between the rolls 465 and 470. Stretch the thread. The second heated draw roll pair 480 is driven at a higher surface speed than the roll 470 and further draws the yarn on the heated draw pin assembly or hot tube 475 as disclosed in US Pat. No. 4,880,961. do. Preferably, the filament or yarn passes the final stretching step at a speed of greater than about 2600 meters / minute, and even more preferably greater than about 4500 meters / minute. The draw ratio, defined as the ratio of roll surface speed (fastest roll / lowest speed roll), provides the polymer chain alignment (orientation) necessary to achieve high yarn strength or specific strength. Preferably, the filaments or yarns are drawn at a draw ratio of about 3 to about 6. The heat of the heated roll surfaces 470, 480 and the draw pin assembly 475 stabilizes the stretched (oriented) structure of the multifilament yarn. The yarn is decelerated between the rolls 480 and 482 and 485 to adjust the final yarn shrinkage.
본 발명의 방법은 또한 필라멘트 또는 실을 패키지로 권취하는 단계를 또한 포함할 수 있다. 도 4의 실시양태에서, 목적하는 비강도, 수축율 및 다른 특성을 갖도록 완전히 연신된 실은 도 4에 나타내지 않은 권취기의 척에 의해 회전되는 패키지 (495) 상에 권취된다. 가이드 (490)을 사용하여 실 경로를 조절한다. 나타내지는 않았지만, 흔히 이 위치에서 파단 사조 감지기를 사용하여 사조 파단 발생시 권취기를 중지시킨다. 임의로는, 파단 필라멘트 감지기는 롤 (482)와 (485) 사이에 설치되어 바람직하지 않은 수준의 필라멘트 파단의 존재를 신호로 알려준다. 바람직할 경우, 제2 피니시 유제를 권취하기 전에 추가로 적용할 수 있다. The method of the present invention may also include winding the filament or yarn into a package. In the embodiment of FIG. 4, the yarn fully drawn to have the desired specific strength, shrinkage and other properties is wound on the package 495 which is rotated by the chuck of the winder not shown in FIG. 4. Guide 490 is used to adjust the thread path. Although not shown, a broken yarn detector is often used at this position to stop the winder in the event of yarn breakage. Optionally, a break filament detector is installed between the rolls 482 and 485 to signal the presence of undesired levels of filament breaks. If desired, it may be further applied prior to winding the second finish emulsion.
본 발명에 따라, 연신은 2 개 이상의 단계로 필라멘트를 연신하는 것을 포함할 수 있다. 이 실시양태를 도 5에 예시하였다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 중합체 용융물 (500)이 방사 팩 (510)을 통해 압출되어 하나 이상, 및 바람직하게는 복수개의 필라멘트 (515)를 형성한다. 방사 팩 (510)은 여과 매체 및 다중 모세관 방사구 판을 포함한다. 막 압출된 필라멘트 (515)는 예를 들어 도 3에 나타낸 바와 같이 공기 급냉 챔버 (520)을 통과한다. 막 압출된 필라멘트 (515)는 도 3에 나타낸 종류의 공기 급냉 챔버 (520)에서 급냉 기체 (525)를 급냉 챔버 (520)에 도입함으로써 급냉된다. 급냉 챔버 (520)에서 빠져나온 필라멘트 (515)는 피니시 롤 (530)의 하류에 위치한 가이드 (535)에 의해 멀티필라멘트사로 수렴된다. 피니시 롤 (530)을 사용하여 공지된 종류의 피니시 유제를 멀티필라멘트사에 적용한다. 공급 롤 어셈블리 (540)이 처리된 멀티필라멘트사를 가열되고 공급 롤 (540)보다 높은 속도로 구동되는 제1 연신 롤 쌍 (545)로 전송하여 롤 (540)과 롤 (545) 사이의 공간에서 멀티필라멘트사를 연신시킨다. 롤 (545)보다 높은 표면 속도로 구동되는 제2 가열 연신 롤 쌍 (550)은, 구조가 연신 롤의 가열된 표면 상에서 안정화된 후, 중합체 분자를 충분히 배향시키고 실에 강도를 부여하기 위해 실을 추가로 연신한다. 임의적인 제3 연신 롤 쌍 (555)가 멀티필라멘트를 추가로 연신시켜 비강도를 추가로 증가시킬 수 있다. 이 실은 최종 실 수축율을 조절하기 위해 연신 롤 (555)와 롤 (560) 사이에서 속도가 감속된다. 흔히, 롤 (555)와 (560)의 사이에 설치된 파단 필라멘트 감지기를 사용하여 품질을 측정한다. 목적하는 비강도, 수축율 및 다른 특성을 갖도록 완전히 연신된 실은 패키지 (570) 상에 권취된다. 가이드 (565)를 사용하여 실 경로를 조절한다. 나타내지는 않았지만, 흔히 이 위치에서 파단 사조 감지기를 사용하여 사조 파단 발생시 권취기를 중지시킨다. 임의로는, 파단 필라멘트 감지기를 이 위치에 사용하여 사조 파단 발생기 권취기를 중지시킨다. 바람직할 경우, 제2 피니시 유제를 권취하기 전에 추가로 적용할 수 있다. According to the invention, stretching may comprise stretching the filament in two or more steps. This embodiment is illustrated in FIG. 5. As shown in FIG. 5, the polymer melt 500 is extruded through the spin pack 510 to form one or more, and preferably a plurality of filaments 515. The spin pack 510 includes a filtration medium and multiple capillary spinneret plates. Membrane extruded filament 515 passes through air quench chamber 520 as shown, for example, in FIG. The membrane-extruded filament 515 is quenched by introducing a quench gas 525 into the quench chamber 520 in an air quench chamber 520 of the kind shown in FIG. 3. The filament 515 exiting the quench chamber 520 converges to the multifilament yarns by a guide 535 located downstream of the finish roll 530. A finish roll 530 is used to apply a finish emulsion of known type to the multifilament yarns. The feed roll assembly 540 transfers the treated multifilament yarn to a first draw roll pair 545 that is heated and driven at a higher speed than the feed roll 540 in the space between the roll 540 and the roll 545. Stretch the multifilament yarns. The second heated draw roll pair 550, driven at a higher surface speed than the roll 545, after the structure has stabilized on the heated surface of the draw roll, is used to provide sufficient orientation of the polymer molecules and to give strength to the seal. It extends further. An optional third draw roll pair 555 can further stretch the multifilament to further increase specific strength. This yarn is slowed in speed between the stretching roll 555 and the roll 560 to adjust the final yarn shrinkage. Often, quality is measured using a broken filament detector placed between rolls 555 and 560. The fully drawn yarn is wound on the package 570 to have the desired specific strength, shrinkage and other properties. Guide 565 is used to adjust the thread path. Although not shown, a broken yarn detector is often used at this position to stop the winder in the event of yarn breakage. Optionally, a break filament detector is used in this position to stop the thread break generator winder. If desired, it may be further applied prior to winding the second finish emulsion.
모노필라멘트사시양태에서는, 상기한 바와 같이 필라멘트를 멀티필라멘트로 수렴하는 단계가 없다. 대신, 모노필라멘트 형태의 필라멘트는 도 4 또는 5에 예시된 것과 같은 커플링된 기계적 연신 단계로 직접 이동한다. 그 결과, 모노필라멘트가 연신되어 길어지고 배향된다. 이어서, 도 4 또는 5에 예시된 바와 같이 모노필라멘트를 패키지로 권취한다. In the monofilament perspective embodiment, there is no step of converging the filaments into multifilaments as described above. Instead, the filaments in the form of monofilaments go directly to a coupled mechanical drawing step such as illustrated in FIG. 4 or 5. As a result, the monofilament is drawn, lengthened and oriented. The monofilament is then wound into a package as illustrated in FIG. 4 or 5.
본 발명에 따라 제조된 필라멘트는 예를 들어 2,000 미터/분 초과, 바람직하게는 약 3,000 미터/분 초과, 보다 바람직하게는 약 4,000 미터/분 초과, 가장 바람직하게는 약 5,000 미터/분 초과, 약 10,000 미터/분 이하의 속도로 방사될 수 있다. 본원에서, 방사 속도는 실이 권취하기 전에 접촉하는 연신 롤의 표면 속도에 대한 가장 빠르게 움직이는 연신 롤의 표면 속도로 정의된다. 약 2660 내지 약 5000 미터/분의 방사 속도에서, 필라멘트를 잡아당기는 제1 롤에 대한 급냉 챔버의 출구에서의 냉각 기체의 속도비는 약 0.6 내지 약 2.0이다. 필라멘트를 잡아당기는 상기 제1 롤은 공급 롤, 즉, 도 4의 롤 셋트 (465) 또는 도 5의 롤 셋트 (540)이다. 바람직하게는, 실 권취는 방사 속도로부터 방사 속도의 0.1% 내지 약 7%의 양만큼 감소된 권취 속도로 수행된다. The filaments made according to the invention are for example greater than 2,000 meters / minute, preferably greater than about 3,000 meters / minute, more preferably greater than about 4,000 meters / minute, most preferably greater than about 5,000 meters / minute, about It can radiate at a rate of up to 10,000 meters / minute. Herein, the spinning speed is defined as the surface speed of the fastest moving stretching roll relative to the surface speed of the stretching roll that the yarn contacts before winding up. At spinning speeds of about 2660 to about 5000 meters / minute, the rate ratio of the cooling gas at the outlet of the quench chamber to the first roll pulling the filament is about 0.6 to about 2.0. The first roll that pulls the filament is a supply roll, that is, roll set 465 of FIG. 4 or roll set 540 of FIG. 5. Preferably, the actual winding is performed at a winding speed reduced from the spinning speed by an amount of 0.1% to about 7% of the spinning speed.
본 발명에서, 비강도가 높은 실은 상업적으로 바람직한 수준의 파단신도 및 수축율에서 높은 방사 속도로 제조된다. 대조적으로, 통상의 횡류 급냉을 사용하는 종래의 방법을 이용한 방법으로 제조된 실은 방사 속도가 증가함에 따라 비강도 및 신도의 손실이 수반된다. 이들 통상의 방법으로 제조되는 섬유의 수축율도 또한 바람직하지 못하게 높다. 이것은 도 6에 예시되어 있는데, 도 6은 종래의 공정에서 달성가능한 최대 연신비가 낮아지는 것을 보여준다. 이것은 필라멘트 파단의 수가 많아져, 공정을 제어할 수 없기 때문이다. 이것은 또한 도 7에 예시한 바와 같이 비강도의 저하를 유발한다. 실의 비강도는 실이 고도로 연신된 결과이다. 따라서, 종래 기술에서 달성된 최대 비강도는 낮아지고, 낮은 방사 속도(약 4000 미터/분)에서 제어할 수 없게 된다. 도 7은 약 10.8 g/데니어의 실이 본 발명의 급냉 수단에 의해 5500 미터/분으로 방사되어 얻어지는 반면, 종래 기술의 급냉 수단에서 10.8 g/데니어의 동일한 실이 단지 3000 미터/분으로 얻어짐을 보여준다. 상기 예에서 본 발명의 방법은 종래 기술에 비해 1.8 배 (5500/3000) 더 생산적이다. 도 6 및 7의 데이터는 핫 튜브 (90)이 없는 도 1의 종래 기술을 사용하여 얻은 것이다. 대신, 실은 실제로 존재하지 않는 (90)을 지나지 않고, 롤 (80)에서 (100)으로 이동되었다. 실 경로의 나머지는 도 1과 같다. In the present invention, high specific strength yarns are produced at high spinning rates at commercially desirable levels of elongation at break and shrinkage. In contrast, yarns made by methods using conventional methods using conventional crossflow quenching are accompanied by a loss of specific strength and elongation as the spinning speed increases. The shrinkage of the fibers produced by these conventional methods is also undesirably high. This is illustrated in FIG. 6, which shows that the maximum draw ratio achievable in conventional processes is lowered. This is because the number of filament breaks increases, and the process cannot be controlled. This also causes a decrease in specific intensity as illustrated in FIG. 7. The specific strength of the yarn is the result of the yarn's highly stretching. Thus, the maximum specific strength achieved in the prior art is low and uncontrollable at low spinning speeds (about 4000 meters / minute). 7 shows that about 10.8 g / denier yarns are obtained spun at 5500 meters / minute by the quenching means of the present invention, while in the prior art quench means the same yarn of 10.8 g / denier is obtained at only 3000 meters / minute. Shows. In this example the method of the present invention is 1.8 times more productive (5500/3000) than the prior art. The data in FIGS. 6 and 7 were obtained using the prior art of FIG. 1 without the hot tube 90. Instead, the yarn was moved from roll 80 to 100 without passing 90 which is not actually present. The rest of the real path is shown in FIG. 1.
따라서, 약 2600 미터/분 내지 약 5000 미터/분 초과 범위의 방사 속도에서, 본 발명의 완전히 연신된 실의 비강도는 5 그램/데니어 (4.5 cN/데시텍스) 이상 , 바람직하게는 약 5.7 그램/데니어 (5.0 cN/데시텍스) 초과, 보다 바람직하게는 약 7.9 그램/데니어 (7.0 cN/데시텍스) 초과, 보다 바람직하게는 약 11.3 그램/데니어 (10 cN/데시텍스)를 초과할 수 있다.Thus, at spinning rates ranging from about 2600 meters / minute to more than about 5000 meters / minute, the specific strength of the fully drawn yarns of the present invention is at least 5 grams / denier (4.5 cN / decectex), preferably about 5.7 grams. / Denier (5.0 cN / decitex), more preferably greater than about 7.9 grams / denier (7.0 cN / decitex), more preferably about 11.3 grams / denier (10 cN / decitex). .
또한, 본 발명의 실은 바람직하게 균형을 이룬 특성, 예를 들면 파단신도 (15 내지 22%) 및 열풍 수축율 (10% 미만, 바람직하게는 6% 미만)을 갖는다. 또한, 본 발명의 실은 데니어 분포가 3.7% 미만이다. 대조적으로, 통상의 횡류 (cross flow) 급냉을 사용하는 종래 방법으로 제조된 실은 방사 속도의 증가를 추구할 경우 비강도 및 신도의 손실을 수반한다. 이들 통상의 방법으로 제조된 섬유의 수축율도 또한 바람직하지 못하게 높다. 이들 특성의 양호한 균형은 자동차 에어 백, 경화 고무내 강화 실 (예를 들면, 타이어 실), 보호 의류, 연질 백과 같은 분야에서 사용되는 특수한 폴리아미드 섬유의 요건을 충족시키기 위하여 요구된다. 또한, 낮은 파단신도 및 높은 수축율과 조합된 낮은 강도는 전형적으로 조야하고 상업적 품질에 미치지 못하는 공정임을 의미한다.In addition, the yarns of the present invention preferably have balanced properties such as elongation at break (15 to 22%) and hot air shrinkage (less than 10%, preferably less than 6%). In addition, the yarn of this invention has a denier distribution of less than 3.7%. In contrast, a yarn made by conventional methods using conventional cross flow quench involves loss of specific strength and elongation when seeking to increase the spinning speed. The shrinkage of the fibers produced by these conventional methods is also undesirably high. A good balance of these properties is required to meet the requirements of special polyamide fibers used in applications such as automotive air bags, reinforcement seals (e.g. tire seals) in hardened rubber, protective clothing, soft bags. In addition, low strength in combination with low elongation at break and high shrinkage means that the process is typically crude and of less than commercial quality.
더욱이, 본 발명의 필라멘트는 임의의 목적하는 필라멘트 당 데시텍스 (dtex/fil), 예를 들면 0.1 내지 약 20 dtex/fil을 가질 수 있다. 공업적 분야용 필라멘트, 예를 들면 에어 백 및 재봉사는 전형적으로 약 2.5 내지 약 9 dtex/fil이다. 의류용의 경우, dtex/fil의 범위는 전형적으로 0.1 내지 4이고, 기타 분야 (예를 들면, 카페트)의 경우, 보다 높은 dtex/fil, 예를 들면 약 5 내지 약 18 dtex/fil이 종종 유용하다.Moreover, the filaments of the present invention may have a decitex (dtex / fil), for example 0.1 to about 20 dtex / fil, per any desired filament. Industrial filaments such as air bags and sewing threads are typically about 2.5 to about 9 dtex / fil. For apparel, the range of dtex / fil is typically 0.1 to 4, and for other applications (eg carpet), higher dtex / fil, for example about 5 to about 18 dtex / fil, is often useful. Do.
임의의 기계적 연신 전, 본 발명의 필라멘트의 복굴절은 0.002 내지 0.012이다. 당업자에게 공지되어 있듯이, 필라멘트 복굴절은 필라멘트 중의 중합체 사슬의 상대적 배향도를 나타낸다. 본 발명의 공기 급냉 수단이 있는 공급 롤 어셈블리에서 달성되는 이러한 복굴절 범위는 종래 기술의 횡류 급냉 수단을 사용하여 달성되는 분자 배향보다 분자 배향이 낮다는 것을 나타낸다. 공급 롤 어셈블리에서의 이러한 낮은 배향은 과도한 필라멘트 파단의 발생 없이 훨씬 더 높은 연신비를 가능하게 한다.Prior to any mechanical stretching, the birefringence of the filaments of the present invention is from 0.002 to 0.012. As is known to those skilled in the art, filament birefringence indicates the relative degree of orientation of the polymer chains in the filament. This birefringence range achieved in the feed roll assembly with the air quench means of the present invention indicates that the molecular orientation is lower than the molecular orientation achieved using the cross-flow quench means of the prior art. This low orientation in the feed roll assembly enables even higher draw ratios without the occurrence of excessive filament breaks.
본 발명의 필라멘트는 바람직하게는 멀티필라멘트사, 직물, 스테이플 섬유, 직물 성형품, 연속 필라멘트 토우 및 연속 필라멘트사로 형성되는 폴리아미드이다. 본 발명의 필라멘트를 함유하는 직물은 돛 및 낙하산에서 사용되는 공업용 직물, 카페트, 가먼트, 에어 백, 또는 폴리아미드를 적어도 일부 함유하는 다른 물품을 포함한다. 직물을 제조할 경우, 직물을 제조하기 위한 임의의 공지된 적합한 방법을 사용할 수 있다. 예를 들면, 제직, 경편직, 환편직, 양말 편직 (hosiery knitting) 및 부직물로의 스테이플 생성물의 적층이 직물 제조를 위해 적합하다.The filaments of the present invention are preferably polyamides formed from multifilament yarns, woven fabrics, staple fibers, textile molded articles, continuous filament tows and continuous filament yarns. Fabrics containing the filaments of the invention include industrial fabrics, carpets, garments, air bags, or other articles containing at least some polyamides used in sails and parachutes. When making a fabric, any known suitable method for making a fabric can be used. For example, weaving, warp knitting, circular knitting, hosiery knitting, and lamination of staple products into nonwovens are suitable for fabric production.
본 발명의 폴리아미드 필라멘트사는 전형적으로 방사 및 연신 후 단독으로 사용할 수 있거나, 또는 스판덱스, 폴리에스테르와 같은 다른 중합체 합성 섬유 및 면, 견, 모와 같은 천연 섬유 또는 다른 전형적인 동반 섬유 내지 나일론과 임의의 목적하는 양으로 혼합할 수 있다.Polyamide filament yarns of the present invention can typically be used alone after spinning and stretching, or other polymeric synthetic fibers such as spandex, polyester and natural fibers such as cotton, silk, wool or other typical companion fibers to nylon and any purpose You can mix in an amount to say.
본 발명의 방법에 따라 제조된 실은 임의의 목적하는 필라멘트 번수 및 총 데시텍스를 가질 수 있다. 본 발명의 필라멘트로부터 형성된 실은 전형적으로 총 데시텍스가 약 10 데시텍스 내지 약 990 데시텍스, 바람직하게는 약 16 데시텍스 내지 약 460 데시텍스이다. 더욱이, 본 발명의 실은 또한 필라멘트 당 데스덱스 (dtex/fil) 범위, 단면 및(또는) 다른 특징이 다른 복수개의 상이한 필라멘트로부터 형성될 수 있다.Yarns made according to the method of the present invention may have any desired filament count and total decitex. Yarns formed from the filaments of the present invention typically have a total decitex of about 10 decitex to about 990 decitex, preferably about 16 decitex to about 460 decitex. Moreover, the yarns of the present invention may also be formed from a plurality of different filaments that differ in dtex / fil range, cross section and / or other features per filament.
본 발명의 방법에서 사용되는 중합체 용융물, 및 결과 필라멘트, 실 및 물품은 중합 공정 동안에 첨가되거나 또는 형성된 중합체 또는 물품에 첨가되고 중합체 또는 섬유 특성을 향상시키는데 기여할 수 있는 통상의 첨가제를 포함할 수 있다. 이러한 첨가제의 예로는 정전기 방지제, 산화방지제, 항균제, 방염제, 착색 안료, 광안정제, 중합 촉매 및 보조제, 점착 촉진제, 광택제거 입자, 예를 들면 이산화티탄, 소광제 (matting agent), 유기 포스페이트 및 이들의 배합물이 있다. 본 발명의 중합체 용융물에 특히 바람직한 첨가제는 이산화티탄 또는 황화아연과 같은 광택제거 입자 및 착색 안료 입자이다. 바람직하게는, 중합체 용융물은 착색 또는 광택제거 입자를 약 0.01 내지 약 1.2 중량% 함유한다.The polymer melts used in the process of the invention, and the resulting filaments, yarns and articles, may include conventional additives that may be added during the polymerization process or added to the formed polymer or article and contribute to improving polymer or fiber properties. Examples of such additives include antistatic agents, antioxidants, antibacterial agents, flame retardants, colored pigments, light stabilizers, polymerization catalysts and auxiliaries, adhesion promoters, deglossing particles such as titanium dioxide, matting agents, organic phosphates and their There is a blend of. Particularly preferred additives to the polymer melts of the present invention are depigmented particles and colored pigment particles such as titanium dioxide or zinc sulfide. Preferably, the polymer melt contains about 0.01 to about 1.2 weight percent colored or deglossed particles.
방사 및(또는) 연신 공정 동안 섬유 상에 적용될 수 있는 다른 첨가제로는 정전기 방지제, 유연제 (slickening agent), 점착 촉진제, 산화방지제, 항균제, 방염제, 윤활제 및 이들의 조합이 있다. 이러한 추가적인 첨가제는 당업계에 공지되어 있는 바와 같이 공정의 다양한 단계 동안 첨가될 수 있다.Other additives that may be applied on the fibers during the spinning and / or stretching process include antistatic agents, slickening agents, adhesion promoters, antioxidants, antibacterial agents, flame retardants, lubricants, and combinations thereof. Such additional additives may be added during various stages of the process as is known in the art.
본 발명을 하기 비제한적 실시예로 좀더 예시한다.The invention is further illustrated by the following non-limiting examples.
시험 방법Test Methods
본 발명의 필라멘트를 특징짓기 위해 사용된 특성은 다음과 같은 방식으로 측정하였다.The properties used to characterize the filaments of the invention were measured in the following manner.
비강도는 게이지 길이 10 인치 (25.4 cm)에서 실을 잡는 2개의 그립이 장착된 인스트론 인장 시험기 (ASTM D76)로 측정하였다. 시료에 인치 당 3회 꼬임 (cm 당 1.2회 꼬임)을 부여한 후, 실을 10 인치/분 (25.4 c미터/분)의 변형 속도로 잡아당겼다. 하중 셀은 데이터를 기록하였고, 응력-변형 곡선이 얻어졌다. 비강도는 파단 하중을 실 데니어로 나눈 값으로, 그램/데니어 또는 cN/dtex (cN/dtex = 그램/데니어 × (100/102) × (9/10))으로 표시된다. 백분율로 표시되는 파단신도는 파단시 시료 길이 변화를 그의 원 길이로 나눈 값이다. 21℃ (±1℃) 및 65% 상대 습도에서 인스트론 측정을 실시하였다. 데니어는 9000 m 길이에 대한 중량 (그램)을 측정함으로써 수득되는 시료의 선밀도이다 (데시텍스는 데니어에 계수 10/9를 곱한 값임). 비강도 및 신도 측정 방법은 일반적으로 ASTM D2256에 따랐다.Specific strength was measured with an Instron Tensile Tester (ASTM D76) equipped with two grips that hold a thread at a gauge length of 10 inches (25.4 cm). After twisting the sample three times per inch (1.2 twists per cm), the yarn was pulled at a strain rate of 10 inches / minute (25.4 c meter / minute). The load cell recorded the data and a stress-strain curve was obtained. Specific strength is the break load divided by the real denier and is expressed in grams / denier or cN / dtex (cN / dtex = grams / denier × (100/102) × (9/10)). Elongation at break, expressed as a percentage, is the change in sample length at break divided by its original length. Instron measurements were performed at 21 ° C. (± 1 ° C.) and 65% relative humidity. Denier is the linear density of the sample obtained by measuring the weight in grams over 9000 m length (decetitex is the denier multiplied by a factor 10/9). Specific strength and elongation measurement methods were generally in accordance with ASTM D2256.
실 선밀도 (데니어 또는 데시텍스로 표시됨)의 균일도는 특정 길이의 실의 중량을 반복적으로 측정하고 시료의 대표수를 비교함으로써 결정하였다. 실의 선밀도는 당업자에게 공지되어 있는 "절단 및 중량 측정 (cut and weigh)" 방법으로 측정하였다. 이 방법에서, 특정 길이 (L)의 실, 예를 들면 30 미터의 실을 실 패키지로부터 절단하여 그의 중량을 측정하였다. 실 시료의 중량 (W)은 그램으로 표시하였다. 중량 대 길이 비 (W/L)에 실 9000 미터를 곱하여, 데니어로 표시하였다. 별법으로, W/L에 실 10,000 미터를 곱하여, 데시텍스로 표시하였다. 절단 및 중량 측정의 과정을 전형적으로는 8회 반복하였다. 단일 실 패키지로부터의 8회 측정값의 평균값을 "단일 실" 데니어 균일도로 표기하였다. 자동 시험 장치 ACW400/DVA를 본 측정을 위해 렌징 테크닉사 (LENZING TECHNIK, GmbH & Co. KG, 오스트리아 소재)로부터 입수하였다. ACW400/DVA 기기는 절단 및 중량 측정 방법에 따른 필라멘트사의 균일도 및 데니어/dtex에 대한 완전 자동 측정 시스템이었다. 렌징 테크닉사의 ACW400/DVA 기기에는 "데니어 분포(denier spread)"로 당업계에서 불리우는 데니어 편차를 자동으로 측정하는 데니어 편차 부속품 (DVA)이 포함되어 있었다. 본원에서 데니어 분포 측정은 ACW400에 대한 데니어 편차 부속품 모듈에 대해 렌징 테크닉사에서 제공한 방법에 전적으로 따랐다.The uniformity of yarn linear density (expressed in denier or decitex) was determined by repeatedly measuring the weight of the yarn of a particular length and comparing the representative number of samples. The linear density of the yarn was measured by the "cut and weigh" method known to those skilled in the art. In this method, a yarn of a certain length (L), for example 30 meters of yarn, was cut from the yarn package and its weight was measured. The weight (W) of the real sample is expressed in grams. The weight-to-length ratio (W / L) was multiplied by 9000 meters of yarn, expressed as denier. Alternatively, W / L was multiplied by 10,000 meters of yarn, expressed in decitex. The process of cleavage and weighing was typically repeated eight times. The average value of eight measurements from a single yarn package is expressed as "single yarn" denier uniformity. An automatic test device ACW400 / DVA was obtained from Lenzing Technology (LENZING TECHNIK, GmbH & Co. KG, Austria) for this measurement. The ACW400 / DVA instrument was a fully automatic measurement system for filament yarn uniformity and denier / dtex according to cutting and gravimetric methods. Lenzing Tech's ACW400 / DVA instrument included a Denier Deviation Accessory (DVA) that automatically measures denier deviations, known in the art as "denier spread." Denier distribution measurements herein are based entirely on the method provided by Lenzing Technician for the Denier Deviation accessory module for ACW400.
ASTM D789에 따른 표준 방법을 사용하여 포름산 용액 중의 중합체 상대 점도 (RV), 융점, 및 함수율을 측정하였다.The polymer relative viscosity (RV), melting point, and water content in the formic acid solution were measured using a standard method according to ASTM D789.
ASTM 시험 방법 D5104-96은 본원에서 사용된 필라멘트 수축율에 대한 표준 방법 (단일 섬유 시험)이었다.ASTM test method D5104-96 was the standard method for single filament shrinkage (single fiber test) used herein.
개별 필라멘트의 복굴절은 편광 현미경 및 경사 보정기 기법을 사용하여 측정하였다. 다음 수학식 1은 복굴절을 정의한다.The birefringence of the individual filaments was measured using polarization microscopy and tilt compensator techniques. Equation 1 defines birefringence.
섬유의 두께는 왓슨 이미지 시어링 아이피스 (Watson Image Sheering Eyepiece) 및 현미경을 사용하여 측정하였다. 측정 섬유의 이미지를 한면으로부터 다른 면으로 시어링(sheering)하고 검정하여 두께를 측정하였다. 위상차는 섬유의 한 말단에서 45°쐐기를 절단함으로써 측정하였다. 간섭 또는 위상차 밴드의 정도는 이들이 쐐기의 가장 얇은 말단으로부터 쐐기의 가장 두꺼운 부분 또는 섬유의 중앙으로 전파될 때 계수하였다. 섬유가 1/4 파장판 (546 나노미터 파장의 1/4)의 위상차 방향에 대해 수직으로 정렬되도록 1/4 파장판을 광 경로에 삽입한 교차 편광기에서 측정을 실시하였다. 각 위상차 밴드를 계수할 때, 섬유의 중앙에 나타나는 밴드의 일부는 분석기를 사용하여 보정하여야 하였다. 중앙 밴드가 보정될 때까지 분석기를 회전하고, 각도를 기록하였다. 각도 (180°미만)는 (546 나노미터에서의) 위상차 밴드의 일부를 나타낸다. 위상차 밴드의 총 수 및 분석기로 측정된 마지막 부분을 경로차 (nm)로 전환하였다.The thickness of the fibers was measured using a Watson Image Sheering Eyepiece and a microscope. Images of the measured fibers were sheared from one side to the other and tested for thickness. Retardation was measured by cutting a 45 ° wedge at one end of the fiber. The degree of interference or retardation bands was counted as they propagate from the thinnest end of the wedge to the thickest part of the wedge or the center of the fiber. Measurements were made in a cross polarizer with a quarter wave plate inserted in the optical path such that the fibers were aligned vertically with respect to the retardation direction of the quarter wave plate (one quarter of the 546 nanometer wavelength). When counting each phase difference band, part of the band appearing in the center of the fiber had to be corrected using an analyzer. The analyzer was rotated and the angle recorded until the center band was calibrated. The angle (less than 180 °) represents part of the phase difference band (at 546 nanometers). The total number of phase difference bands and the last portion measured with the analyzer were converted to path difference (nm).
별법으로, 미국 특허 제5,141,700호 (쯔(Sze))의 컬럼 5, 23행에서부터 시작하는 컬럼 5 및 6에 상세히 개시되어 있는 세나몬트 보상법 (Senarmont compensation method)을 사용하여 동일한 복굴절 데이터를 수득할 수 있었다. 근본적으로, 복굴절 방법은 복굴절 필라멘트와 관련된 편광의 두 파장 사이의 경로차의 측정을 필요로 하였다. 이러한 경로차를 필라멘트 직경 (마이크로미터)로 나눈 것이 복굴절의 정의이다.Alternatively, the same birefringence data can be obtained using the Senarmont compensation method described in detail in columns 5 and 6 starting from column 5, line 23 of US Pat. No. 5,141,700 (Sze). there was. In essence, the birefringence method required the measurement of the path difference between two wavelengths of polarization associated with the birefringent filaments. This path difference divided by the filament diameter (micrometer) is the definition of birefringence.
비교예 AComparative Example A
듀폰 (캐나다 소재)으로부터 상업적으로 입수가능한 나일론 6,6 중합체 박편 (상대 점도 38)을 실질적으로 산소 부재 하에 건조 질소에서 고상 중합하여 중합체 분자량을 증가시켰다. 중합체를 스크류-용융기로 운반하여 압출하였다. 이어서, 용융 중합체를 필라멘트 방사 팩에 도입하고, 여과한 후, 34개의 모세관을 갖는 방사 다이 (또는 방사구)로 압출하였다. 상기 방사구는 34개의 개별 필라멘트를 형성되게 하였다. 이들 필라멘트를 도 1에 나타낸 횡류 급냉 및 커플링된 방사-연신 장치를 사용하여 공기 중에서 급냉하였다. 필라멘트를 하나의 실로 수렴하고, 통상의 피니시 윤활제를 도포한 후, 롤 표면 속도가 651 미터/분이고 롤 표면 온도가 50℃인 공급 롤 어셈블리 (70)으로 전송하였다. 이어서, 실을 롤 표면 온도가 170℃이고 표면 속도가 공급 롤 속도의 2.6배인 제1 연신 롤 쌍 (80)으로 공급하였다. 이어서, 실을 표면 온도가 215℃이고 공급 롤 속도의 4.3배의 연신비에 해당하는 2800 미터/분인 전체 속도를 제공하는 제2 연신 롤 쌍 (100)으로 공급하였다. 핫 튜브 (90)은 본 비교예에서는 사용하지 않았다. 34-필라멘트사의 속도를 풀러 롤 (110 및 120)에서 7.1% 감속시킨 후, 2587 미터/분의 속도로 실 패키지 (140)으로 권취하였다. 생성된 110-데니어 실 (34개의 필라멘트)은 비강도가 8.8 그램/데니어 (7.8 cN/dtex)이었고, 파단신도가 18%이었으며, 열풍 수축율이 6.6%이었다. 측정된 실의 상대 점도 (RV)는 70이었다.Nylon 6,6 polymer flakes (relative viscosity 38) commercially available from DuPont (Canada) were polymerized in solid phase in dry nitrogen in the absence of oxygen to increase polymer molecular weight. The polymer was transferred to a screw-melt and extruded. The molten polymer was then introduced into a filament spinning pack, filtered and extruded into a spinning die (or spinneret) with 34 capillaries. The spinneret allowed the formation of 34 individual filaments. These filaments were quenched in air using the crossflow quench and coupled spin-drawing apparatus shown in FIG. 1. The filaments converged into one yarn and applied with a conventional finish lubricant and then transferred to a feed roll assembly 70 having a roll surface speed of 651 meters / minute and a roll surface temperature of 50 ° C. The yarn was then fed to a first stretched roll pair 80 with a roll surface temperature of 170 ° C. and a surface speed of 2.6 times the feed roll speed. The yarn was then fed to a second draw roll pair 100, which had a surface temperature of 215 ° C. and provided an overall speed of 2800 meters / minute corresponding to a draw ratio of 4.3 times the feed roll speed. The hot tube 90 was not used in this comparative example. The speed of 34-filament yarn was slowed 7.1% on the puller rolls 110 and 120 and then wound up into the seal package 140 at a rate of 2587 meters / minute. The resulting 110-denier yarn (34 filaments) had a specific strength of 8.8 grams / denier (7.8 cN / dtex), an elongation at break of 18%, and a hot air shrinkage of 6.6%. The relative viscosity (RV) of the measured yarn was 70.
실시예 1Example 1
비교예 A에서 사용한 것과 동일한 나일론 6,6 중합체 플레이크를 도 4에 나타낸 방사 팩 (400)에 들어가기 전의 비교예 A와 동일한 방법으로 용융 압출 및 가공하였다. 중합체를 방사구를 통해 압출하여 34개의 필라멘트를 형성하였다. 막 압출된 필라멘트를 도 3에 나타낸 공기 급냉 장치 및 도 4에 나타낸 커플링된 다단계 연신 롤 어셈블리를 이용하여 공기 중에서 급냉시켰다. 핫 튜브 (475) (도 4)는 이용하지 않았다.The same nylon 6,6 polymer flakes as used in Comparative Example A were melt extruded and processed in the same manner as Comparative Example A before entering the spin pack 400 shown in FIG. The polymer was extruded through the spinneret to form 34 filaments. The membrane extruded filaments were quenched in air using the air quench apparatus shown in FIG. 3 and the coupled multistage stretch roll assembly shown in FIG. 4. Hot tube 475 (FIG. 4) was not used.
도 3을 참조하면, 급냉 스크린 (345)는 직경 (D1)이 4.0 인치 (10.2 cm)이고 급냉 스크린 길이 (B)가 6.5 인치 (16.5 cm)이었으며; 급냉 지연 높이 (A)는 6.6 인치 (16.8 cm)였고; 급냉 연결 튜브 (355) 높이 (C1)는 5.0 인치 (12.7 cm)였고; 급냉 연결 튜브 직경 (D2)는 1.5 인치 (3.8 cm) 였고; 연결 테이퍼 (325) 높이 (C2)는 4.8 인치 (12.2 cm)였고; 튜브 (330) 높이 (C3)는 15 인치 (38 cm)였다.Referring to FIG. 3, the quench screen 345 had a diameter (D 1 ) of 4.0 inches (10.2 cm) and a quench screen length (B) of 6.5 inches (16.5 cm); The quench delay height (A) was 6.6 inches (16.8 cm); The quench connection tube 355 height (C 1 ) was 5.0 inches (12.7 cm); The quench connection tube diameter (D 2 ) was 1.5 inches (3.8 cm); The connection taper 325 height (C 2 ) was 4.8 inches (12.2 cm); Tube 330 height (C 3 ) was 15 inches (38 cm).
수학식 2로부터 얻은, 공급 롤 (465)(도 4) 속도에 대한 공기 속도의 비는 1.02 피트/분 (31 cm/분)이었다.The ratio of air velocity to feed roll 465 (FIG. 4) velocity, obtained from Equation 2, was 1.02 feet / minute (31 cm / minute).
여기서, 튜브 (330)(도 3) 출구에서의 공기 속도는 측정된 체적 공기 흐름 속도를 튜브 (330) 단면적 또는 π(D3)2/4로 나눈 것과 동일하다. 이어서, 이 비를 공기 급냉 장치에서의 벌크 공기 온도 상승에 따른 공기 밀도의 감소에 대해 보정한다.Here, the tube 330 (FIG. 3) the air velocity at the outlet is the same as that obtained by dividing the measured volumetric air flow rate to the tube 330, or the cross-sectional area π (D 3) 2/4 . This ratio is then corrected for the decrease in air density with rising bulk air temperature in the air quench apparatus.
피니시는 (450)(도 4)에서 적용되며, 피니시 롤 (450)의 하류에 위치한 피그테일 가이드 (455)를 이용하여 필라멘트를 실로 수렴시켰다. 이 실을 공급 롤 어셈블리 (465)에 의해 제1 연신 롤 쌍 (470)으로 전송하였다. 공급 롤 어셈블리 (465)는 1087 미터/분의 표면 속도 및 50℃의 표면 온도를 가졌다. 제1 연신 롤 쌍 (470)은 170℃의 롤 표면 온도를 가졌다. 표면 속도는 공급 롤 속도의 3.2 배였다.The finish is applied at 450 (FIG. 4) and the filaments are converged into the yarns using a pigtail guide 455 located downstream of the finish roll 450. This yarn was transferred to the first draw roll pair 470 by the feed roll assembly 465. The feed roll assembly 465 had a surface speed of 1087 meters / minute and a surface temperature of 50 ° C. The first stretch roll pair 470 had a roll surface temperature of 170 ° C. The surface speed was 3.2 times the feed roll speed.
이어서, 필라멘트를 본 실시예에서는 이용하지 않는 핫 튜브 (475)를 경유하여 제2 연신 롤 쌍 (480)으로 이동시켰다. 연신 롤 (480)은 표면 온도 212℃, 표면 속도 5000 미터/분으로, 총 연신비 4.6을 제공했다. 총 연신비는 연신 롤 (480) 표면 속도를 공급 롤 (465) 표면 속도로 나누어 계산된다. 34-필라멘트사의 속도를 (485)에서 7.4%를 감속시키고, 4600 미터/분의 속도로 권취하였다. 얻은 110-데니어 실은 비강도가 9.1 g/데니어 (8.0 cN/dex)이었고, 파단신도가 20.6%이었고, 열풍 수축율이 6.7%이었다. 측정된 실의 RV는 70이었다.The filament was then moved to the second draw roll pair 480 via a hot tube 475 not used in this example. The stretching roll 480 provided a total draw ratio of 4.6 at a surface temperature of 212 ° C. and a surface speed of 5000 meters / minute. The total draw ratio is calculated by dividing the draw roll 480 surface speed by the feed roll 465 surface speed. The speed of 34-filament yarn was slowed down to 7.4% at 485 and wound up at a speed of 4600 meters / minute. The obtained 110-denier yarn had a specific strength of 9.1 g / denier (8.0 cN / dex), an elongation at break of 20.6%, and a hot air shrinkage rate of 6.7%. The measured RV of the yarn was 70.
실시예 2Example 2
도 4의 방사 기계 배열을 이용하여, 비교예 A에서 사용된 것과 동일한 나일론 6,6 중합체 플레이크를 가공, 용융 압출하고, 방사 팩 (410)으로 이송하여 방사구을 통해 압출하여 34개의 필라멘트를 형성하였다. 막 압출된 필라멘트 (420)을 도 3에 나타낸 공기 급냉 장치를 사용하여 본 발명에 따라 공기 중에서 급냉시켰다. 도 4에 나타낸 커플링된 다단계 연신 롤 어셈블리 및 핫 튜브 (475) 공정을 사용했다. 도 3를 참조하면, 급냉 스크린 (345)는 직경이 4.0 인치 (10.2 cm)이고, 급냉 스크린 길이 (B)가 8.1 인치 (20.6 cm)였으며; 급냉 지연 높이 (A)는 6.6 인치 (16.8 cm)였고; 급냉 연결 튜브 (355)의 높이 (C1)는 5.0 인치 (12.7 cm)이었고; 연결 튜브 (355) 직경 (D2)는 1.5 인치 (3.8 cm)였고; 연결 테이퍼 (325) 높이 (C2)는 4.8 인치 (12.2 cm)였고; 급냉 튜브 (330)의 튜브 높이 (C3)는 15 인치 (38 cm)이었으며; 공급 롤 어셈블리에 대한 공기 속도의 비는 1.05였다. (450)에서 피니시 윤활제를 적용하면서 (455)에서 필라멘트를 실로 수렴시켰다. 이 실 (460)을 공급 롤 어셈블리 (465)에 의해 제1 연신 롤 쌍 (470)으로 전송하였다. 공급 롤 어셈블리 (465)는 1064 미터/분의 표면 속도 및 50℃의 표면 온도를 가졌다. 제1 연신 롤 쌍 (470)은 주위 온도의 롤 표면을 가졌고, 표면 속도는 공급 롤 속도의 2.7 배였다.Using the spinning machine arrangement of FIG. 4, the same nylon 6,6 polymer flakes as used in Comparative Example A were processed, melt extruded, transferred to a spinning pack 410 and extruded through a spinneret to form 34 filaments. . The membrane extruded filament 420 was quenched in air according to the present invention using the air quench apparatus shown in FIG. The coupled multi-step stretch roll assembly and hot tube 475 process shown in FIG. 4 was used. Referring to Figure 3, the quench screen 345 was 4.0 inches (10.2 cm) in diameter and the quench screen length (B) was 8.1 inches (20.6 cm); The quench delay height (A) was 6.6 inches (16.8 cm); The height C 1 of the quench connection tube 355 was 5.0 inches (12.7 cm); The connecting tube 355 diameter D 2 was 1.5 inches (3.8 cm); The connection taper 325 height (C 2 ) was 4.8 inches (12.2 cm); The tube height (C 3 ) of the quench tube 330 was 15 inches (38 cm); The ratio of air velocity to the feed roll assembly was 1.05. The filaments converged into the yarn at 455 while applying the finish lubricant at 450. This yarn 460 was transferred by the feed roll assembly 465 to the first draw roll pair 470. The feed roll assembly 465 had a surface speed of 1064 meters / minute and a surface temperature of 50 ° C. The first stretch roll pair 470 had a roll surface at ambient temperature, and the surface speed was 2.7 times the feed roll speed.
이어서, 필라멘트를 미국특허 제4,880,961호에 개시된 것과 핫 튜브와 동일한 핫 튜브 (475)와 접촉시켰다. 실을 내부에서 가열되는 핫 튜브 주위로 1½ 감싸 핫 튜브와 마찰 접촉되도록 나선형으로 전송하였다. 연신 보조기구 요소인 핫 튜브 (475)의 표면 온도는 181℃였다. 이어서, 실을 215℃의 롤 표면 온도를 갖는 제2 연신 롤 쌍 (480)으로 전송하였다. 총 연신비는 공급 롤 (465) 속도의 4.7배이었고, 제2 연신 롤 어셈블리 (480)은 5000 미터/분의 표면 속도를 가졌다. 필라멘트사의 속도를 감속 롤 어셈블리 (485)에서 7.0% 감속시키고, 4615 미터/분의 속도로 실 패키지 (495)로 권취하였다. 연신된 110 데니어 (122 dtex - 34 필라멘트) 실은 비강도가 9.8 g/데니어 (8.6 cN/dtex)이었고, 파단신도가 16.3%이었고, 열풍 수축율이 7.3%이었다. 측정된 실의 포름산 중 RV는 70이었다.The filaments were then contacted with the same hot tube 475 as the hot tube disclosed in US Pat. No. 4,880,961. The yarn was spirally transferred into frictional contact with the hot tube by wrapping around 1½ around the internally heated hot tube. The surface temperature of the hot tube 475, the stretching aid element, was 181 ° C. The yarn was then transferred to a second stretched roll pair 480 having a roll surface temperature of 215 ° C. The total draw ratio was 4.7 times the feed roll 465 speed, and the second draw roll assembly 480 had a surface speed of 5000 meters / minute. The speed of the filament yarn was reduced by 7.0% in the reduction roll assembly 485 and wound into the seal package 495 at a speed of 4615 meters / minute. The drawn 110 denier (122 dtex-34 filament) yarn had a specific strength of 9.8 g / denier (8.6 cN / dtex), an elongation at break of 16.3%, and a hot air shrinkage of 7.3%. The measured RV in the formic acid of the yarn was 70.
실시예 3Example 3
1 중량%의 예추석 (anatase) 형태의 이산화티탄 (호비탄(HOMBITAN, 등록상표) LO-CR-S-M, 독일 두이스부르크 소재의 자흐틀레벤 케미 게엠베하 (Sachtleben Chemie GmbH))을 함유하는 38 RV 나일론 6,6 중합체 플레이크를 도 4에 나타낸 커플링된 압출 및 연신 장치를 이용하여, 실시예 2에서와 동일한 방법으로 용융 압출 및 가공하였다. 동일한 방사 팩 및 방사구을 사용하여 34개의 필라멘트를 형성하였다. 막 압출된 필라멘트를 도 3에 나타낸 공기 급냉 장치를 이용하여 공기 중에서 급냉시켰다. 공기 급냉 장치의 치수는 실시예 2에서와 동일했다. 공급 롤 어셈블리 (465) 속도에 대한 튜브 (330)에서의 공기 속도의 비는 1.1이었다. 전술한 실시예에서와 같이, (450)에서 피니시 윤활제를 적용하면서 가이드 (455)에 의해 필라멘트를 실로 수렴시켰다. 공급 롤 어셈블리 (465)는 실을 제1 연신 롤 쌍 (470)으로 전송하였다. 공급 롤 (465)는 1087 미터/분의 표면 속도 및 50℃의 롤 표면 온도를 가졌다. 제1 연신 롤 쌍 (470)은 주위 온도의 롤 표면 및 공급 롤 속도의 2.7배의 표면 속도를 가졌다. 실을 실시예 2에서와 같이 핫 튜브로 전송하였다. 실을 내부에서 가열되는 핫 튜브 주위로 1½ 감싸 핫 튜브와 마찰 접촉되도록 나선형으로 전송하였다. 연신 보조기구 요소인 핫 튜브 (475)의 표면 온도는 181℃였다. 이어서, 실을 215℃의 롤 표면 온도 및 5000 미터/분의 표면 속도를 갖는 제2 연신 롤 쌍 (480)으로 진행시켰고, 공급 롤 속도의 4.6 배의 총 연신비를 제공했다. 34 필라멘트사의 속도를 감속 롤 어셈블리 (485)를 이용하여 6.5% 감속시키고, 4645 미터/분의 속도로 권취하여 패키지 (495)를 형성하였다. 생성된 110 데니어 (122 dtex - 34 필라멘트) 실은 비강도가 8.7 g/데니어 (7.7 cN/dtex)이고, 파단신도가 17.6%이고, 열풍 수축율이 7.1%이었다. 측정된 실의 포름산 중 RV는 78이었다.Titanium dioxide (HOMBITAN® LO-CR-SM, Sachtleben Chemie GmbH, Duisburg, Germany) containing 1% by weight of anatase form RV nylon 6,6 polymer flakes were melt extruded and processed in the same manner as in Example 2 using the coupled extrusion and stretching apparatus shown in FIG. 4. 34 filaments were formed using the same spin pack and spinneret. The membrane-extruded filaments were quenched in air using the air quenching device shown in FIG. The dimensions of the air quenching device were the same as in Example 2. The ratio of the air velocity in the tube 330 to the feed roll assembly 465 velocity was 1.1. As in the foregoing embodiment, the filaments were converged to the yarns by the guide 455 while applying the finish lubricant at 450. The feed roll assembly 465 transferred the yarn to the first draw roll pair 470. Feed roll 465 had a surface speed of 1087 meters / minute and a roll surface temperature of 50 ° C. The first stretch roll pair 470 had a roll surface at ambient temperature and a surface speed of 2.7 times the feed roll speed. The yarn was transferred to a hot tube as in Example 2. The yarn was spirally transferred into frictional contact with the hot tube by wrapping around 1½ around the internally heated hot tube. The surface temperature of the hot tube 475, the stretching aid element, was 181 ° C. The yarn was then advanced to a second draw roll pair 480 having a roll surface temperature of 215 ° C. and a surface speed of 5000 meters / minute, giving a total draw ratio of 4.6 times the feed roll speed. The speed of the 34 filament yarns was reduced by 6.5% using the reduction roll assembly 485 and wound up at a rate of 4645 meters / minute to form a package 495. The resulting 110 denier (122 dtex-34 filament) yarn had a specific strength of 8.7 g / denier (7.7 cN / dtex), an elongation at break of 17.6%, and a hot air shrinkage of 7.1%. The measured RV in the formic acid of the yarn was 78.
비교예 BComparative Example B
실시예 1에서 사용한 것과 동일한 38 RV 나일론 6,6 중합체 플레이크를 도 1의 커플링된 방사 및 다단계 연신 장치를 이용하여 용융 압출시켰다. 방사 팩 (20)은 34개 모세관을 갖는 방사구을 가졌으며, 34개의 필라멘트를 방사시켰다. 각 필라멘트의 섬도는 다단계 연신 후 6 데니어 (6.6 dtex) 였다. 필라멘트 (도 1 중 (30))을 종래 기술의 공지된 방법에 따라 급냉 공기 (40)의 횡류를 이용하여 냉각 및 고화시켰다. 필라멘트를 (50)에서 피니시 윤활제를 적용하면서 실로 수렴시켰다. 실 (60)을 50℃의 롤 표면 온도 및 560 미터/분의 주속을 갖는 공급 롤 어셈블리 (70)에 의해 제1 연신 롤 쌍 (80)으로 전송하였다. 제1 연신 롤 쌍 (80)은 170℃의 롤 표면 온도 및 공급 롤 속도의 3.0 배의 표면 속도를 가졌다. 핫 튜브 (90)은 사용하지 않았다. 이어서, 실을 215℃의 롤 표면 온도를 갖는 제2 연신 롤 쌍 (100)으로 공급하여, 2800 미터/분 또는 공급 롤 속도의 5배의 총 연신비를 제공했다. 34 필라멘트사의 속도를 8.0% 감속시키고, 2562 미터/분의 속도로 권취하였다. 연신된 210 데니어 (233 dtex) 실은 비강도가 9.4 g/데니어 (8.3 cN/dtex)이고, 파단신도가 17.5%이고, 열풍 수축율이 6.7%이었다. 측정된 실의 포름산 RV는 70이었다.The same 38 RV nylon 6,6 polymer flakes as used in Example 1 were melt extruded using the coupled spinning and multistage stretching apparatus of FIG. 1. The spinning pack 20 had a spinneret with 34 capillaries and spun 34 filaments. The fineness of each filament was 6 denier (6.6 dtex) after multi-step stretching. The filament (30 in FIG. 1) was cooled and solidified using a cross flow of quench air 40 according to known methods of the prior art. The filaments converged into the yarn while applying the finish lubricant at (50). The yarn 60 was transferred to the first draw roll pair 80 by a feed roll assembly 70 having a roll surface temperature of 50 ° C. and a circumferential speed of 560 meters / minute. The first stretch roll pair 80 had a roll surface temperature of 170 ° C. and a surface speed of 3.0 times the feed roll speed. Hot tube 90 was not used. The yarn was then fed to a second draw roll pair 100 having a roll surface temperature of 215 ° C. to provide a total draw ratio of 2800 meters / minute or five times the feed roll speed. The speed of the 34 filament yarns was reduced by 8.0% and wound up at a speed of 2562 meters / minute. The stretched 210 denier (233 dtex) yarn had a specific strength of 9.4 g / denier (8.3 cN / dtex), an elongation at break of 17.5%, and a hot air shrinkage of 6.7%. The formic acid RV of the measured yarn was 70.
실시예 4Example 4
도 4의 공기로 급냉되는 커플링된 방사 및 연신 장치 (핫 튜브 (475)는 없음)를 사용하여, 방사 팩 이전에서 비교예 A와 동일하게 나일론 6,6 중합체를 가공하고, 방사구을 통해 용융 압출하여 34개의 필라멘트를 형성하였다. 막 압출된 필라멘트를 도 3에 나타낸 본 발명의 공기 급냉 장치 및 도 4에 나타낸 커플링된 다단계 연신 롤 어셈블리를 이용하여 사용하여 공기 중에서 급냉시켰다.Using a coupled spinning and stretching device (without hot tube 475) quenched with air of FIG. 4, the nylon 6,6 polymer was processed in the same manner as Comparative Example A before the spinning pack and melted through the spinneret. Extruded to form 34 filaments. The membrane extruded filaments were quenched in air using the air quench apparatus of the present invention shown in FIG. 3 and the coupled multistage stretching roll assembly shown in FIG. 4.
도 3를 참조하면, 급냉 스크린 (345)는 직경이 4.0 인치 (10.2 cm)이고, 급냉 높이 (B)가 6.5 인치 (16.5 cm)이었으며; 급냉 지연 높이 (A)는 6.6 인치 (16.8 cm)였고; 급냉 연결 튜브 (355)의 높이 (C1)는 12.5 인치 (31.7 cm)이었고; 연결 튜브는의 직경 (D2)은 1.5 인치 (3.8 cm)이었고; 연결 테이퍼 (325)의 높이 (C2)는 4.8 인치 (12.2 cm)이었고; 급냉 튜브 (330)의 높이 (C3)은 15 인치 (38 cm)이었다. 공급 롤 어셈블리 (465)에 대한 급냉 튜브 (330)에서의 공기 속도의 비는 0.87이었다.Referring to FIG. 3, the quench screen 345 was 4.0 inches (10.2 cm) in diameter and the quench height (B) was 6.5 inches (16.5 cm); The quench delay height (A) was 6.6 inches (16.8 cm); The height C 1 of the quench connection tube 355 was 12.5 inches (31.7 cm); The connecting tube had a diameter (D 2 ) of 1.5 inches (3.8 cm); The height C 2 of the connection taper 325 was 4.8 inches (12.2 cm); The height C 3 of the quench tube 330 was 15 inches (38 cm). The ratio of air velocity in the quench tube 330 to the feed roll assembly 465 was 0.87.
(450)에서 피니시 윤활제를 적용하면서 (455)에서 필라멘트 (420)을 실로 수렴시켰다. 실 (460)을 공급 롤 (465)에 의해 제1 연신 롤 쌍 (470)으로 전송하였다. 공급 롤은 50℃의 롤 표면 온도와 1042 미터/분의 주속을 가졌다. 제1 연신 롤 쌍 (470)은 170℃의 롤 표면 온도 및 공급 롤 속도의 2.8배의 표면 속도를 가졌다. 이어서, 실을 핫 튜브 (475)를 경유하여 220℃의 롤 표면 온도를 갖는 제2 연신 롤 쌍 (480)으로 공급했다. 제2 연신 롤 (480)은 5000 미터/분 또는 공급 롤 속도의 4.8배의 총 연신비를 제공했다. 34-필라멘트사의 속도를 감속 롤 어셈블리 (485)에 의해 7.0% 감속시키고, 4620 미터/분의 속도로 권취하였다. 연신 후, 210-데니어 (233 dtex - 34 필라멘트) 실은 비강도가 10.0 g/데니어 (8.8 cN/dex)이었고, 파단신도가 17.9%이었고, 열풍 수축율이 6.8%이었다. 측정된 실의 포름산 중 RV는 70이었다.The filament 420 converged to the yarn at 455 while applying the finish lubricant at 450. The yarn 460 was transferred by the feed roll 465 to the first draw roll pair 470. The feed roll had a roll surface temperature of 50 ° C. and a circumferential speed of 1042 meters / minute. The first stretch roll pair 470 had a roll surface temperature of 170 ° C. and a surface speed of 2.8 times the feed roll speed. The yarn was then fed to a second stretched roll pair 480 having a roll surface temperature of 220 ° C. via hot tube 475. The second draw roll 480 provided a total draw ratio of 5000 meters / minute or 4.8 times the feed roll speed. The speed of the 34-filament yarn was reduced by 7.0% by the reduction roll assembly 485 and wound up at a speed of 4620 meters / minute. After stretching, the 210-denier (233 dtex-34 filament) yarn had a specific strength of 10.0 g / denier (8.8 cN / dex), an elongation at break of 17.9%, and a hot air shrinkage of 6.8%. The measured RV in the formic acid of the yarn was 70.
실시예 5Example 5
핫 튜브 (연신 보조기구 요소 (475))가 있는, 도 4의 공기 급냉되는 커플링된 방사 및 연신 장치를 사용하여, 방사 팩 이전에서 비교예 A와 동일하게 나일론 6,6 중합체를 가공하고, 방사구을 통해 용융 압출하여 34개 필라멘트를 형성하였다. 막 압출된 필라멘트를 도 3에 나타낸 발명의 공기 급냉 장치 및 도 4에 나타낸 커플링된 다단계 연신 롤 어셈블리를 이용하여 사용하여 공기 중에서 급냉시켰다.Using the air quenched coupled spinning and stretching device of FIG. 4 with a hot tube (stretch aid element 475), the nylon 6,6 polymer was processed in the same manner as in Comparative Example A before the spinning pack, Melt extrusion through the spinneret formed 34 filaments. The membrane extruded filaments were quenched in air using the inventive air quench apparatus shown in FIG. 3 and the coupled multistage stretch roll assembly shown in FIG. 4.
도 3를 참조하면, 급냉 스크린 (345)는 직경이 4.0 인치 (10.2 cm)이고, 급냉 높이 (B)가 6.5 인치 (16.5 cm)이었으며; 급냉 지연 높이 (A)는 6.6 인치 (16.8 cm)였고; 급냉 연결 튜브 (355)의 높이 (C1)는 12.5 인치 (31.7 cm)이었고; 연결 튜브는의 직경 (D2)은 1.5 인치 (3.8 cm)이었고; 연결 테이퍼 (325)의 높이 (C2)는 4.8 인치 (12.2 cm)이었고; 급냉 튜브 (330)의 높이 (C3)은 15 인치 (38 cm)이었다. 공급 롤 어셈블리 (465)에 대한 급냉 튜브 (330)에서의 공기 속도의 비는 1.12이었다.Referring to FIG. 3, the quench screen 345 was 4.0 inches (10.2 cm) in diameter and the quench height (B) was 6.5 inches (16.5 cm); The quench delay height (A) was 6.6 inches (16.8 cm); The height C 1 of the quench connection tube 355 was 12.5 inches (31.7 cm); The connecting tube had a diameter (D 2 ) of 1.5 inches (3.8 cm); The height C 2 of the connection taper 325 was 4.8 inches (12.2 cm); The height C 3 of the quench tube 330 was 15 inches (38 cm). The ratio of air velocity in the quench tube 330 to the feed roll assembly 465 was 1.12.
(450)에서 피니시 윤활제를 미리 적용하면서, 가이드 (455)에서 필라멘트을 실로 수렴시켰다. 실을 공급 롤 어셈블리 (465)에 의해 제1 연신 롤 쌍 (470)으로 전송하고, 이어서, 연신 보조기구 요소 (475)로 전송하였다. 공급 롤 어셈블리 (465)는 50℃의 롤 표면 온도와 1087 미터/분의 주속을 가졌다. 제1 연신 롤 쌍 (470)은 주위 온도의 롤 표면 및 공급 롤 속도의 2.8배의 표면 속도를 가졌다. 이어서, 실을 내부에서 가열되는 핫 튜브를 1½ 감싸 연신 보조기구 요소 (475)와 마찰 접촉되도록 나선형으로 전송하였다. 연신 보조기구 요소 (475)의 표면 온도는 181℃였다.While applying the finish lubricant at 450, the filaments converged to the yarns at the guide 455. The yarn was transferred to the first draw roll pair 470 by the feed roll assembly 465 and then to the draw aid element 475. The feed roll assembly 465 had a roll surface temperature of 50 ° C. and a circumferential speed of 1087 meters / minute. The first stretch roll pair 470 had a roll surface at ambient temperature and a surface speed of 2.8 times the feed roll speed. The yarn was then spirally transferred into frictional contact with the draw aid element 475 wrapped in an internally heated hot tube. The surface temperature of the stretching aid element 475 was 181 ° C.
이어서, 실을 215℃의 롤 표면 온도를 갖는 제2 연신 롤 쌍 (480)으로 전송하여, 약 5000 미터/분 또는 공급 롤 속도의 5배 이상의 총 연신비를 제공했다. 34-필라멘트사의 속도를 감속 롤 어셈블리 (485)로 6.5% 감속시키고, 4630 미터/분의 속도로 실 패키지 (495)로 권취하였다. 연신 후, 생성된 210-데니어 (233 dtex - 34 필라멘트) 실은 비강도가 9.9 g/데니어 (8.7 cN/dex)이고, 파단신도가 18%이고, 열풍 수축율이 7.9%이었다. 측정된 실의 포름산 중 RV는 70이었다.The yarn was then transferred to a second draw roll pair 480 with a roll surface temperature of 215 ° C. to provide a total draw ratio of about 5000 meters / minute or five times the feed roll speed. The speed of the 34-filament yarn was reduced by 6.5% with the reduction roll assembly 485 and wound up into the seal package 495 at a speed of 4630 meters / minute. After stretching, the resulting 210-denier (233 dtex-34 filament) yarn had a specific strength of 9.9 g / denier (8.7 cN / dex), an elongation at break of 18%, and a hot air shrinkage of 7.9%. The measured RV in the formic acid of the yarn was 70.
비교예 CComparative Example C
약 0.1%의 요오드화 구리를 함유하는 60 RV 나일론 6,6 중합체 플레이크 (공급원: 미국 버지니아주 웨인스보로 소재의 이아이 듀폰 디 네모아 (E.I.du Pont de Nemours))를 비교예 A에서와 같이 건조하고, 용융 압출시켰다. 본 비교예에서는 종래 기술의 횡류 급냉 시스템 (도 2의 (230))을 이용하는 용융 압출 및 커플링된 다단계 연신 어셈블리를 사용했다. 방사 다이 (방사 팩 (210)을 함유함)는 34개의 모세관을 가졌다. 34 필라멘트 멀티-필라멘트사를 제조했다. 실을 (240)에서 유제처리하고, 실로 수렴시키고, 표면 온도가 60℃인 공급 롤 (260)에 의해 전송하였다. 제1 단계 연신 롤 쌍 (270) 표면 온도는 170℃였다. 제2 단계 연신 롤 쌍 (275) 표면 온도는 215℃였다. 도 2의 임의적인 연신 롤 어셈블리 (280)은 사용하지 않았다. 실 방사 속도는 롤 어셈블리 (275)의 표면 속도에 의해 결정되었다. 6 공칭 (nominal) 데니어 (6.7 dtex)/필라멘트사를 3가지 다른 방사 속도에서 제조하고, 3개의 최대 연신비 (롤 (275) 속도를 롤 (260) 속도로 나눈것) 및 연관된 방사 속도의 감속 비율 롤 어셈블리 (285) 및 권취기 (295)에 의해 제공했다. 측정된 실 포름산 RV는 60이었다. 각 방사 속도 실험에서의 비강도 및 파단신도를 표 1에 나타냈다.60 RV nylon 6,6 polymer flakes containing about 0.1% copper iodide (Source: EIdu Pont de Nemours, Waynesboro, Va.) Were dried as in Comparative Example A. And melt extrusion was carried out. In this comparative example, a melt extrusion and coupled multi-stage stretching assembly using a cross-flow quench system (230 of FIG. 2) of the prior art was used. The spinning die (containing the spinning pack 210) had 34 capillaries. 34 filament multi-filament yarns were prepared. The yarns were tanned at 240, converged to the yarns and transferred by feed roll 260 with a surface temperature of 60 ° C. The first stage stretching roll pair 270 surface temperature was 170 ° C. The second stage stretching roll pair 275 surface temperature was 215 ° C. The optional stretch roll assembly 280 of FIG. 2 was not used. The yarn spinning speed was determined by the surface speed of the roll assembly 275. 6 nominal denier (6.7 dtex) / filament yarns are produced at three different spinning speeds, and three maximum draw ratios (roll (275) speed divided by roll (260) speed) and the rate of deceleration of the associated spinning speed Provided by a roll assembly 285 and a winder 295. The measured formic acid RV was 60. Table 1 shows the specific strength and elongation at break in each spinning rate experiment.
표 1의 이러한 값들은 종래 기술인 횡류 급냉의 한계에 해당한다. 근본적인 공정 중단, 예를 들면 방사 속도가 증가함에 따른 높은 비율의 필라멘트 파단이 없이 가용한 최대 연신비가 감소하는 것이 잘 설명된다. 높은 연신비를 사용할 수 없기 때문에, 달성가능한 실의 비강도는 방사 속도가 증가함에 따라 낮아진다.These values in Table 1 correspond to the limitations of prior art cross flow quenching. It is well illustrated that the maximum draw ratio available is reduced without major process interruptions, for example, high rates of filament breakage as the spinning speed increases. Since high draw ratios cannot be used, the specific strength of the achievable yarn is lowered as the spinning speed increases.
실시예 6Example 6
약 0.1%의 요오드화 구리를 함유하는 60 RV 나일론 6,6 중합체 플레이크 (공급원: 미국 버지니아주 웨인스보로 소재의 이아이 듀폰 디 네모아 (E.I.du Pont de Nemours))를 비교예 A에서와 같이 건조하고, 용융 압출시켰다. 도 3에 예시된 공기 급냉 시스템을 이용하는 도 5의 용융 압출 및 커플링된 다단계 연신 어셈블리를 사용하여 34 필라멘트의 실을 방사하고, 연신시켰다. 방사 팩 (510)에 포함된 방사 다이는 34개의 모세관을 가졌다. 표 2에 주어진 치수를 갖는 공기 급냉 어셈블리 (도 3)를 사용했다. 공기 급냉 후 필라멘트를 530에서 유제 처리하고 피그테일 가이드 (535)에서 멀티-필라멘트사로 수렴시켰다. 실을 60℃의 표면 온도를 갖는 공급 롤 어셈블리 (540)에 의해 2단계 연신 롤 어셈블리에 통과시켰다. 제1 단계 연신 롤 (545) 표면 온도는 170℃였고, 제2 단계 연신 롤 (550) 표면 온도는 215℃였다. 210-데니어 (233 dtex - 34 필라멘트) 실을 3개의 다른 방사 속도를 이용하여 제조했다. 총 연신비는 롤 (550)의 속도를 롤 (540)의 속도로 나눈 것과 같았고, 권취기에서의 속도의 감속 비율을 표 2에 나타냈다. 측정된 실의 포름산 중 RV는 60이었다.60 RV nylon 6,6 polymer flakes containing about 0.1% copper iodide (Source: EIdu Pont de Nemours, Waynesboro, Va.) Were dried as in Comparative Example A. And melt extrusion was carried out. The filament of 34 filaments was spun and stretched using the melt extrusion and coupled multistage stretch assembly of FIG. 5 using the air quench system illustrated in FIG. 3. The spinning die included in the spinning pack 510 had 34 capillaries. An air quench assembly with the dimensions given in Table 2 was used (Figure 3). After air quenching the filaments were tanned at 530 and converged into multi-filament yarns in the pigtail guide 535. The yarn was passed through a two stage stretch roll assembly by a feed roll assembly 540 having a surface temperature of 60 ° C. The first stage stretching roll 545 surface temperature was 170 ° C, and the second stage stretching roll 550 surface temperature was 215 ° C. 210-denier (233 dtex-34 filament) yarns were prepared using three different spinning speeds. The total draw ratio was the same as the speed of the roll 550 divided by the speed of the roll 540, and the deceleration rate of the speed in the winder is shown in Table 2. The measured RV in the formic acid of the yarn was 60.
각 방사 속도 시험의 비강도 및 파단신도를 표 2에 나타냈다. 비교예 C에서와 같이, 연신비는 공정 연속성, 예를 들면 과도한 필라멘트 파단에 의해 허용되는 최대 연신비이다.Table 2 shows the specific strength and elongation at break of each spinning rate test. As in Comparative Example C, the draw ratio is the maximum draw ratio allowed by process continuity, eg, excessive filament break.
고도로 연신된 실로 제조하기 위한 공기 급냉되는 커플링된 방사-연신 시스템인 실시예 6은 비교예 C의 횡류 급냉의 종래 기술에 대해 공기 급냉 방사 공정의 효과를 극적으로 증명한다. 사용된 2가지 최저 방사 속도인 2660 및 3660 m/분에서, 횡류 급냉 (표 1) 및 공기 급냉 (표 2)에서의 실 비강도 및 파단신도는 상이하다. 이 차이는 공기 급냉된 실이 필라멘트 방사 파단, 즉 공정 연속성의 손실이 없이 더 높은 연신비로 연신되는 것에 기인한다.Example 6, an air quenched coupled spin-stretch system for producing highly drawn yarns, dramatically demonstrates the effect of the air quench spinning process on the prior art of cross-flow quenching of Comparative Example C. At the two lowest spinning speeds used, 2660 and 3660 m / min, the actual specific strength and elongation at break in cross-flow quench (Table 1) and air quench (Table 2) are different. This difference is due to the fact that the air quenched yarn is drawn to a higher draw ratio without filament spin rupture, ie loss of process continuity.
횡류 급냉된 실 (표 1)은, 필라멘트 파단이 방사 연속성을 방해하기 때문에, 3660 m/분에서 더 낮은 정도로 연신될 수 있었다. 최대 방사 속도인 4660 m/분에서 비교하면 (표 1 및 2 참조), 필라멘트 파단이 없는 더욱 높은 연신비가 공기 급냉으로 사용될 수 있었다. 이러한 연신비는, 횡류 급냉 어셈블리를 사용하는 실 방사와 비교할 때, 높은 비강도의 실을 제조할 수 있게 하였다.The crossflow quenched yarn (Table 1) could be stretched to a lower degree at 3660 m / min, because filament breaks interfered with spin continuity. Compared at the maximum spinning speed of 4660 m / min (see Tables 1 and 2), higher draw ratios without filament breakage could be used for air quenching. This draw ratio made it possible to produce high specific strength yarns as compared to yarn spinning using a crossflow quench assembly.
비교예 DComparative Example D
약 0.1%의 요오드화구리 산화방지제를 함유하는, 미국 버지니아주 웨인스보로 소재의 이아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니의 60 RV 나일론 6,6 중합체 조각을 건조시키고, 종래 기술의 횡류 급냉 시스템을 사용하는, 도 2에 도시된 바와 같은 방사기를 사용하여 용융 압출하였다. 방사 팩 (210)은 34 홀이 있는 방사구를 포함하였다. 공급 롤 (260) 표면 온도는 주위와 같았다. 제1 단계 연신 롤 (270) 및 제2 단계 연신 롤 (275)은 사용하지 않았다. 전송 후 즉시 공급 롤 어셈블리 (260)로부터 실을 수집하였다. 4가지 상이한 공급 롤 방사 속도 및 4가지 상이한 분 당 방사 오리피스 당 질량 유동 처리량을 사용하여 4개의 실을 제조하였다. 이들의 제조는, 모든 속도 및 처리량의 조합에서 공급 롤에서의 필라멘트 데니어를 일정하게 유지시켰다. 실을 연신하지 않았다. 방사된 측정된 실의 포름산 중 RV는 60이었다. 실 샘플 상에서 복굴절을 측정하였다.Dry a piece of 60 RV nylon 6,6 polymer of IAI DuPont Di Nemoir & Campani, Waynesboro, Va., Containing about 0.1% copper iodide antioxidant and use a cross-flow quench system of the prior art Melt extrusion was performed using a spinner as shown in FIG. 2. The spin pack 210 included a spinneret with 34 holes. The feed roll 260 surface temperature was as ambient. The first stage stretching roll 270 and the second stage stretching roll 275 were not used. Seals were collected from feed roll assembly 260 immediately after transfer. Four yarns were made using four different feed roll spinning rates and four different mass flow throughputs per spin orifice per minute. Their production kept the filament denier at the feed roll constant at all speed and throughput combinations. Did not stretch the thread. The RV in formic acid of the measured measured yarn spun was 60. The birefringence was measured on the yarn sample.
실시예 7Example 7
도 5에 도시된 바와 같은 본 발명의 커플링된 방사-연신 필라멘트 방사기로 비교예 D와 동일한 중합체를 압출하였다. 횡류에서 공기 급냉으로 (도 3에서와 같이) 급냉 수단을 변화시킨 것 이외에는, 비교예 D의 실험 조건을 사용하였다. 공기 급냉된 34 필라멘트사를 공급 롤 어셈블리 (540) 이후에 바로 수집하였다. 비교예 D에서 사용된 것과 동일한 공급 롤 속도 및 방사 오리피스 당 질량 처리량의 4가지 조건하에서 생성된 실의 복굴절을 측정하였다. 이 결과는 표 3에 제공된다.The same polymer as Comparative Example D was extruded with the coupled spin-stretched filament spinner of the present invention as shown in FIG. 5. The experimental conditions of Comparative Example D were used except that the quench means was changed from cross flow to air quench (as in FIG. 3). The air quenched 34 filament yarns were collected immediately after the feed roll assembly 540. The birefringence of the yarn produced under four conditions of the same feed roll speed and mass throughput per spinning orifice as used in Comparative Example D was measured. This result is provided in Table 3.
본 발명의 실시예 7을 비교예 D와 비교하여 표 3에 제공한 결과는 종래 기술의 횡류 급냉 시스템에 대한 필라멘트 공기 급냉의 장점을 명백하게 나타낸다. 비교예 D에서는, 공급 롤에서 측정된 필라멘트의 복굴절은 동일한 조건하에서 공기 급냉에 대해 측정된 복굴절보다 각각의 속도 및 중합체 처리량에 대해 더 높다. 공기 급냉된 실의 복굴절은 덜 배향된 중합체, 즉 더 연신될 수 있고 더욱 고도로 배향될 수 있는 중합체를 표시한다. 더욱 고도로 배향된 중합체의 연신된 실은, 덜 배향된 중합체의 연신된 실보다 더 높은 비강도 및 더 낮은 파단신도을 가질 수 있다. 공급 롤에서 수집되는 공기 급냉된 필라멘트는, 횡류 급냉된 필라멘트보다 일정하게 더 낮은 복굴절을 가진다. 사실, 최고 방사 속도에서 수집되는 공기 급냉된 필라멘트는, 최저 방사 속도에서 수집되는 횡류 급냉된 실의 복굴절보다 단지 약 18% 더 높은 복굴절을 갖는다. 공기 급냉된 필라멘트가 급냉 공정에서 덜 배향되기 때문에, 아무리 높은 방사 속도에서도 더 높은 생산성의 방사 및 기계적인 연신 공정이, 공기 급냉을 사용하여 가능할 수 있다.The results provided in Table 3 comparing Example 7 of the present invention to Comparative Example D clearly demonstrate the advantage of filament air quenching over the cross-flow quench system of the prior art. In Comparative Example D, the birefringence of the filaments measured at the feed roll is higher for each rate and polymer throughput than the birefringence measured for air quench under the same conditions. The birefringence of the air quenched yarn indicates less oriented polymers, ie polymers that can be stretched and more highly oriented. Stretched yarns of more highly oriented polymers may have higher specific strength and lower elongation at break than stretched yarns of less oriented polymers. The air quenched filaments collected at the feed rolls have a consistently lower birefringence than the cross flow quenched filaments. In fact, the air quenched filaments collected at the highest spinning speed have only about 18% higher birefringence than the birefringence of the crossflow quenched yarn collected at the lowest spinning speed. Since the air quenched filaments are less oriented in the quench process, higher productivity spinning and mechanical stretching processes may be possible using air quench even at high spinning speeds.
비교예 EComparative Example E
약 0.1%의 요오드화구리 산화방지제를 함유하는, 미국 버지니아주 웨인스보로 소재의 이아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니 (미국 버지니아주 웨인스보로)의 60 RV 나일론 6,6 중합체 조각을 건조시키고, 도 2에 도시된 바와 같은 2개의 결합된 연신 단계를 갖는 방사기로 이전 실시예에서와 같이 용융 압출하였다. 종래 기술의 횡류 급냉 수단을 사용하였다. 방사 팩은 34 홀이 있는 방사구를 포함하며, 34 필라멘트사를 제조하였다. 60 ℃의 표면 온도를 갖는 공급 롤 (260)로 실 (250)을 전송시켰다. 제1 단계 연신 롤 (270)의 표면 온도는 170 ℃이고, 제2 단계 연신 롤 (275)의 표면 온도는 215 ℃였다. 3가지 상이한 방사 속도 (연신 롤 어셈블리 (275)의 속도) 및 총 연신비 (롤 (275)의 속도를 공급 롤 (260)의 속도로 나눈 비율)를 사용하여 210의 공칭 데니어 (233 dtex - 34 필라멘트) 실을 제조하였다. 측정된 실의 포름산 중 RV는 60이었다. 각 방사 속도 시험에 대한 실 비강도는 표 4에 제공된다.Dry a piece of 60 RV nylon 6,6 polymer from IAI DuPont D. Nemoir & Co., Waynesboro, VA, USA, containing about 0.1% copper iodide antioxidant, It was melt extruded as in the previous example with a spinner having two combined drawing stages as shown in FIG. 2. The cross-flow quench means of the prior art was used. The spin pack included a spinneret with 34 holes and made 34 filament yarns. The yarn 250 was transferred to a feed roll 260 having a surface temperature of 60 ° C. The surface temperature of the first stage stretching roll 270 was 170 ° C, and the surface temperature of the second stage stretching roll 275 was 215 ° C. Nominal denier of 210 (233 dtex-34 filaments) using three different spinning speeds (speed of draw roll assembly 275) and total draw ratio (ratio of roll 275 divided by speed of feed roll 260) ) Yarns were prepared. The measured RV in the formic acid of the yarn was 60. Actual specific strengths for each spin rate test are provided in Table 4.
비교예 FComparative Example F
비교예 E에서와 동일한 60 RV 나일론 6,6 중합체 조각을 건조시키고, 도 2에 도시된 바와 같은 3개의 결합된 연신 단계를 갖는 방사기로 용융 압출하였다. 동일한 종래 기술의 횡류 급냉 시스템을 사용하였다. 공급 롤 (260)의 표면 온도는 60 ℃였다. 제1 단계 연신 롤 (270), 제2 단계 연신 롤 (275) 및 제3 단계 연신 롤 (280)의 표면 온도는 각각 170 ℃, 230 ℃ 및 230 ℃였다. 방사 팩 (210)에 포함된 방사 다이는 34 홀을 가지며, 3가지 상이한 방사 속도 (연신 롤 (280)의 최대 속도) 및 총 연신비 (롤 (280)의 속도를 공급 롤 (260)의 속도로 나눈 비율)를 사용하여 34 필라멘트사 (210 데니어 또는 233 dtex - 34 필라멘트)을 제조하였다. 측정된 실의 포름산 중 RV는 60이었다. 각 방사 속도 시험에 대한 실 비강도는 표 4에 제공된다.The same 60 RV nylon 6,6 polymer pieces as in Comparative Example E were dried and melt extruded with a spinning machine having three combined draw steps as shown in FIG. 2. The same prior art cross flow quench system was used. The surface temperature of the feed roll 260 was 60 degreeC. The surface temperatures of the first stage stretching roll 270, the second stage stretching roll 275, and the third stage stretching roll 280 were 170 ° C., 230 ° C., and 230 ° C., respectively. The spinning die contained in the spinning pack 210 has 34 holes, with three different spinning speeds (maximum speed of the draw roll 280) and total draw ratio (speed of the roll 280 at the speed of the feed roll 260). 34 filament yarn (210 denier or 233 dtex-34 filament) was made using the divided ratio. The measured RV in the formic acid of the yarn was 60. Actual specific strengths for each spin rate test are provided in Table 4.
실시예 8Example 8
본 발명의 이 실시예에서는, 비교예 E 및 F에서 사용된 것과 동일한 60 RV 나일론 6,6 중합체 조각을 건조시키고, 도 5에 예시된 커플링된 방사-연신 기계로 도 3에 예시된 공기 급냉 시스템을 사용하여 용융 압출하였다. 단지 2개의 연신 단계가 사용되었고, 롤 어셈블리 (555)는 우회하였다. 방사 팩 (510)에 포함된 방사 다이는 34 홀을 가졌다. 필라멘트 (515)를 섬유 피니시 롤 (530)에서 유제처리하고, 피그테일 가이드 (535)에서 34 필라멘트의 실로 수렴시켰다. 이 실을, 60 ℃의 표면 온도에서 작동하는 공급 롤 (540)에 의해 결합된 연신 단계의 쌍으로 전송하였다. 제1 단계 연신 롤 (545) 및 제2 단계 연신 롤 (550)의 표면 온도는 각각 170 ℃ 및 215 ℃였다. 3가지 상이한 방사 속도 (방사 속도는 롤 어셈블리 (550)의 속도임) 및 총 연신비 (총 연신비는 롤 (550)의 속도를 공급 롤 (540)의 속도로 나눈 것임)에서 3개의 210 데니어 (233 dtex - 34 필라멘트) 실을 제조하였다. 롤 어셈블리 (560) 및 (550의 속도 차이를 롤 어셈블리 (550)의 속도로 나눈 것과 동일한 정도의 속도로 실을 감속시켰다. 측정된 실의 포름산 중 RV는 60이었다.In this embodiment of the invention, the same 60 RV nylon 6,6 polymer piece as used in Comparative Examples E and F is dried and the air quench illustrated in FIG. 3 with the coupled spin-stretch machine illustrated in FIG. The melt extrusion was carried out using the system. Only two stretching steps were used, and roll assembly 555 was bypassed. The spinning die included in the spinning pack 510 had 34 holes. Filament 515 was emulsified in fiber finish roll 530 and converged to 34 filament yarns in pigtail guide 535. This yarn was transferred to a pair of drawing stages joined by a feed roll 540 operating at a surface temperature of 60 ° C. The surface temperatures of the first stage stretching roll 545 and the second stage stretching roll 550 were 170 ° C and 215 ° C, respectively. Three 210 denier 233 at three different spinning speeds (spinning speed is the speed of roll assembly 550) and total draw ratio (total draw ratio divided by the speed of roll 550 by the speed of feed roll 540) dtex-34 filament) yarn was prepared. The yarn was slowed down at the same rate as the speed difference between the roll assemblies 560 and 550 divided by the speed of the roll assembly 550. The RV in the formic acid of the measured yarn was 60.
각 방사 속도 시험에 대한 실 물성은 표 5에 제공된다.Physical properties for each spinning speed test are provided in Table 5.
실시예 9Example 9
도 5의 장치 및 3 단계의 연신 롤 (롤 어셈블리 (555)가 포함됨)을 사용하고, 동일한 중합체 및 방사 다이를 사용하여 실시예 8을 반복하였다. 제1 단계 연신 롤 (545), 제2 단계 연신 롤 (550) 및 제3 단계 연신 롤 (555)의 표면 온도는 각각 170 ℃, 230 ℃ 및 230 ℃였다. 3가지 상이한 방사 속도 (방사 속도는 롤 어셈블리 (550)의 속도임) 및 총 연신비 (총 연신비는 롤 (555)의 속도를 롤 (540)의 속도로 나눈 것임)에서 3개의 210 데니어 (233 dtex - 34 필라멘트) 실을 제조하였다. 롤 어셈블리 (560) 및 (555)의 속도 차이를 롤 어셈블리 (555)의 속도로 나눈 것과 동일한 정도의 속도로 실을 감속시켰다. 측정된 실의 포름산 중 RV는 60이었다.Example 8 was repeated using the apparatus of FIG. 5 and the draw roll in three stages (including roll assembly 555), using the same polymer and spinning die. The surface temperatures of the first stage stretching roll 545, the second stage stretching roll 550, and the third stage stretching roll 555 were 170 ° C., 230 ° C., and 230 ° C., respectively. Three 210 denier (233 dtex) at three different spinning speeds (spinning speed is the speed of roll assembly 550) and total draw ratio (total draw ratio divided by the speed of roll 555 by the speed of roll 540) 34 filament) yarn was prepared. The yarn was decelerated at the same speed as the speed difference between the roll assemblies 560 and 555 divided by the speed of the roll assembly 555. The measured RV in the formic acid of the yarn was 60.
각 방사 속도 시험에 대한 실 물성은 표 5에 제공된다.Physical properties for each spinning speed test are provided in Table 5.
표 4 및 5의 데이터는 커플링된 방사-연신 공정을 갖는 선행기술의 횡류 급냉 시스템에 비해 공기 급냉 시스템 및 커플링된 방사-연신 수단으로 달성할 수 있는 더 우수한 생산성을 보여준다. 그 결과, 고강도 폴리아미드 필라멘트사를 제조하기 위해, 연신 단계의 수에 관계없이 횡류 급냉을 이용하면 끊어지는 필라멘트 수가 증가하여 불가능했던 총 연신비를 갖는 더 고속인 전체 방사 속도를 이용할 수 있다.The data in Tables 4 and 5 show the better productivity achievable with air quench systems and coupled spin-stretch means compared to prior art cross-flow quench systems with coupled spin-stretch processes. As a result, to produce high strength polyamide filament yarns, crossflow quenching, regardless of the number of stretching stages, allows the use of faster overall spinning speeds with a total draw ratio that was impossible due to an increase in the number of broken filaments.
실시예 10Example 10
도 4의 커플링된 방사-연신 장치는 이 실시예에서 2 단계의 연신 롤을 이용하였고 핫 튜브 (475)는 이용하지 않았다. 듀폰 캐나다의 70RV 나일론 6,6 중합체를 34 모세관 방사구 판을 구비한 방사 팩 (410) 내로 용융 압출시켰다. 34 개의 필라멘트를 도 3에 개략적으로 나타낸 장치에 의해 공기로 급냉하였다. 이 필라멘트들을 (450)에서 유제처리하고 피그테일 가이드 (455)에서 34 필라멘트사로 모아지게 하였다. 이 필라멘트사를 공급 롤 어셈블리 (465)에 의해 연신 롤 어셈블리 (470) 및 (480)을 이용하고 핫 튜브 (475)를 지나는 2 단계의 커플링된 연신으로 전송하였다. 방사 속도 (최고 속도의 방사 롤 어셈블리 (480)의 속도)를 표 6에 나타낸 바와 같이 2660 미터/분 내지 6000 미터/분으로 변동시켰다. 공급 롤 어셈블리 (465), 1 단계 연신 롤 (470) 및 2 단계 연신 롤 (480)의 온도는 각각 50 ℃, 170 ℃ 및 215 ℃였다. 연신비는 롤 어셈블리 (480)의 표면 속도 대 롤 어셈블리 (465)의 표면 속도의 비였다. 감속량은 롤 어셈블리 (480) 및 (485) 사이의 표면 속도 차를 롤 어셈블리 (480)의 표면 속도로 나누어 산출하였다. 저속의 방사 속도에서 제공되는 210 데니어 (233 dtex - 34 필라멘트) 대신에 110 데니어 (122 dtex - 34 필라멘트)를 제공하기 위해 5000 미터/분 및 6000 미터/분에서 감소된 중합체 처리량으로 시도하였다. 실 패키지 (495)에 권취하기 전에 롤 어셈블리 (485)에 의해 실을 감속 (감속) 시켰다. 실 패키지 권취의 예외는 6000 미터/분에서 방사되는 실이었다. 이들 실은 권취하지 않고 공지된 실 교반 기구 내로 흡인하였다. The coupled spin-drawing apparatus of FIG. 4 used a draw roll in two steps in this example and no hot tube 475. DuPont Canada's 70RV nylon 6,6 polymer was melt extruded into a spin pack 410 with 34 capillary spinneret plates. 34 filaments were quenched with air by the apparatus schematically shown in FIG. 3. These filaments were tanned at 450 and collected into 34 filament yarns at the pigtail guide 455. This filament yarn was transferred by a feed roll assembly 465 to two stages of coupled stretching using the draw roll assemblies 470 and 480 and passing through the hot tube 475. Spinning speed (speed of spinning roll assembly 480 at the highest speed) was varied from 2660 meters / minute to 6000 meters / minute as shown in Table 6. The temperature of the feed roll assembly 465, the 1st draw roll 470, and the 2nd draw roll 480 was 50 degreeC, 170 degreeC, and 215 degreeC, respectively. The draw ratio was the ratio of the surface speed of the roll assembly 480 to the surface speed of the roll assembly 465. The reduction amount was calculated by dividing the surface speed difference between the roll assemblies 480 and 485 by the surface speed of the roll assembly 480. Tried at reduced polymer throughput at 5000 meters / minute and 6000 meters / minute to provide 110 deniers (122 dtex-34 filaments) instead of 210 deniers (233 dtex-34 filaments) provided at low spinning speeds. The yarn was decelerated (decelerated) by the roll assembly 485 before winding onto the seal package 495. An exception to the yarn package winding was the yarn spinning at 6000 meters / minute. These yarns were aspirated into a known yarn stirring mechanism without being wound up.
표 6은 제조된 5 종의 공기 급냉 및 연신된 실 샘플의 특성을 요약한다.Table 6 summarizes the properties of the five air quenched and drawn yarn samples produced.
본 발명의 실시예 10에서 이용한 동일한 중합체로 수행하는 비교예에서 연신된 실을 도 1에 나타낸 커플링된 2 단계 연신 롤 어셈블리를 갖는 선행기술의 횡류 급냉 수단을 이용하고 핫 튜브 (90)을 통과시켜 제조하였다. 방사 다이는 이전과 같이 34개의 구멍을 갖는다. 필라멘트를 (50)에서 유제처리하고 34 필라멘트사로 모이게 하였다. 이 실을 공급 롤 어셈블리 (70)에 의해 연신 롤 어셈블리 (80) 및 (100)을 이용하고 핫 튜브 (90)을 통과하는 2 단계의 커플링된 연신으로 전송하였다. 방사 속도 (최고 속도의 연신 롤 어셈블리 (100)의 속도)를 표 6에 나타낸 바와 같이 2660 미터/분 내지 4200 미터/분으로 변동시켰다. 연신비는 연신 롤 어셈블리 (100)의 표면 속도 대 공급 롤 어셈블리 (70)의 표면 속도의 비였다. 이송롤 어셈블리 (70), 1 단계 연신 롤 (80) 및 2 단계 연신 롤 (100)의 온도는 각각 50 ℃, 170 ℃ 및 215 ℃였다. 감속량은 롤 어셈블리 (120) 및 (100)의 차를 어셈블리 (100)의 속도로 나누어 산출하였다. 롤 어셈블리 (120)을 이용하여 속도를 감속시킨 후 210 데니어 (233 dtex) 실을 실 패키지 (140)에 권취하였다.In a comparative example performed with the same polymer used in Example 10 of the present invention, the drawn yarn was passed through a hot tube 90 using a prior art cross-flow quench means having a coupled two-stage stretching roll assembly shown in FIG. It was prepared by. The spinning die has 34 holes as before. The filaments were tanned at 50 and gathered into 34 filament yarns. This yarn was transferred by the feed roll assembly 70 to the two stages of coupled stretching using the draw roll assemblies 80 and 100 and through the hot tube 90. Spinning speed (speed of the maximum speed stretching roll assembly 100) was varied from 2660 meters / minute to 4200 meters / minute as shown in Table 6. The draw ratio was the ratio of the surface speed of the draw roll assembly 100 to the surface speed of the feed roll assembly 70. The temperature of the feed roll assembly 70, the 1st stage stretching roll 80, and the 2nd stage stretching roll 100 was 50 degreeC, 170 degreeC, and 215 degreeC, respectively. The deceleration amount was calculated by dividing the difference between the roll assemblies 120 and 100 by the speed of the assembly 100. After the speed was reduced using the roll assembly 120, 210 denier (233 dtex) yarn was wound around the seal package 140.
표 6은 제조된 횡류 급냉되고 연신된 3 종의 실 샘플의 특성을 요약한다.Table 6 summarizes the characteristics of the three crossflow quenched and drawn yarn samples produced.
* 여기서, 급냉 스크린은 높이 (B)가 6.5 인치 (16.5 cm))이고, 지름 (D1)이 4 인치 (10.2 cm)이고; 급냉 연결 높이 (A)가 6 인치 (15.2 cm)이며; 급냉 연결 튜브 높이 (C1)이 12.5 인치 (31.8 cm)이며; 연결 튜브 지름 (D3)이 1.5 인치 (3.8 cm), 연결 테이퍼 높이 (C2)는 4.8 인치 (12.2 cm)이고; 튜브 높이 (C3)는 15 인치 (38 cm)이다. * Here, quenching the screen is the height (B) 6.5 inchi (16.5 cm)), the diameter (D 1) is 4 inches (10.2 cm), and; Quench connection height (A) is 6 inches (15.2 cm); Quench connection tube height C 1 is 12.5 inches (31.8 cm); The connecting tube diameter (D 3 ) is 1.5 inches (3.8 cm) and the connecting taper height (C 2 ) is 4.8 inches (12.2 cm); Tube height C 3 is 15 inches (38 cm).
** 이들 두 경우에서 급냉 연결 튜브 높이 (C1)이 5 인치 (12.7 cm)인 것을 제외하고는 상기 모든 변수가 동일하다. ** All these variables are the same except in these two cases that the quench connection tube height C 1 is 5 inches (12.7 cm).
표 6의 이들 결과는 본 발명의 공정이 약 6000 미터/분의 방사 속도로 이용될 수 있음을 보여준다. 횡류 급냉 수단을 이용하는 종래 기술의 커플링된 방사-연신 공정은 단지 약 4200 미터/분의 속도에서도 과도한 방사 파손이 있어 양호한 방사 연속성을 제공하지 못하였다. 5000 미터/분의 방사 속도에서, 공기 급냉 커플링된 방사-연신 공정은 단지 5.6의 기계적 연신률을 이용하여 고강도 (9.0 cN/dtex) 실을 제공하였다. 종래 기술 수단은 방사 속도 2660 미터/분에서 대략 동일한 강도의 실을 제공할 수 있었지만 요구되는 최대 총 연신비 6.6이었다. 이들 233 dtex, 34 필라멘트사는 실질적으로 균일하고 특성들이 고르다. 그러나 본 발명의 커플링된 방사-연신 공정은 약 88% 향상된 생산성으로 실을 제공하였다. 이러한 생산성 향상은 분명 상업적인 잇점이고 종래 기술의 공정에 비해 우수하다. 이 실시예들은 커플링된 다단계 연신 공정과 결합된 공기 급냉 수단이 횡류 급냉 수단을 이용해서는 달성할 수 없는 실의 높은 강도 및 강한 파단신도 특성을 유지하면서도, 더 고속의 방사 속도 및 더 높은 총 연신비를 가능하게 함을 보여준다.These results in Table 6 show that the process of the present invention can be used at spinning speeds of about 6000 meters / minute. Prior art coupled spin-drawing processes using cross-flow quench means, at only about 4200 meters / minute, had excessive spinning failures, which did not provide good spinning continuity. At a spinning rate of 5000 meters / min, the air quench coupled spin-drawing process provided a high strength (9.0 cN / dtex) seal using a mechanical elongation of only 5.6. Prior art means could provide a yarn of approximately the same strength at a spinning speed of 2660 meters / minute, but the maximum total draw ratio required was 6.6. These 233 dtex, 34 filament yarns are substantially uniform and even in properties. However, the coupled spin-drawing process of the present invention provided yarn with about 88% improved productivity. This productivity improvement is obviously a commercial advantage and is superior to prior art processes. These embodiments provide higher spinning speeds and higher total draw ratios, while air quench means combined with coupled multi-stage stretching processes retain the high strength and elongation at break characteristics of the seals that cannot be achieved using cross-flow quench means. To enable it.
비교예 GComparative Example G
본 발명의 실시예 10에서 사용한 동일한 중합체로 수행한 또 다른 비교 실험에서, 도 1의 2 단계 커플링된 연신 롤 어셈블리를 구비한 종래 기술의 횡류 급냉 수단을 이용하여 연신된 실을 제조하였다. In another comparative experiment conducted with the same polymer used in Example 10 of the present invention, the drawn yarn was made using prior art cross-flow quench means with the two stage coupled draw roll assembly of FIG. 1.
여기서 핫 튜브 (90)을 통과시켰고 롤 어셈블리 (80) 및 (100)을 이용해 2 단계의 커플링된 연신하였다. 방사 속도 (롤 (100)의 표면 속도)는 2800 미터/분이었고 총 연신비 (롤 (100) 대 롤 (70)의 속도 비)는 4.1이었다. 연신 후에 생성된 110 데니어 (122 dtex - 34 필라멘트) 실은 비강도가 8.3 g/데니어 (7.3 cN/dtex)이었고, 파단신도가 14%이었다. 제조된 각 실 샘플의 길이 방향으로의 ("말단 방향으로의") 데니어 균일성은 3.7%였다.The hot tubes 90 were passed through here and were drawn in two stages of coupled stretching using the roll assemblies 80 and 100. Spinning speed (surface speed of roll 100) was 2800 meters / minute and total draw ratio (rate ratio of roll 100 to roll 70) was 4.1. The resulting 110 denier (122 dtex-34 filament) yarn after stretching had a specific strength of 8.3 g / denier (7.3 cN / dtex) and an elongation at break of 14%. Denier uniformity ("in the terminal direction") in the longitudinal direction of each produced yarn sample was 3.7%.
실시예 11Example 11
실시예 10에서 사용된 동일한 중합체를 이용한 본 발명의 실시예에서, 핫 튜브 (475)를 이용하지 않고 도 3에 예시된 공기 급냉 수단 및 도 4에 나타낸 2 단계 커플링된 연신 롤 어셈블리를 이용하여 연신된 실을 제조하였다. 급냉 스크린은 (B)가 6.5 인치 (16.5 cm), 지름 (D1)이 4.0 인치 (10.1 cm)이고; 급냉 연결 높이 (A)가 6.6 인치 (16.8 cm)이며; 급냉 연결 튜브 높이 (C1)이 12.5 인치 (31.8 cm)이며; 연결 튜브 지름 (D3)이 1.5 인치 (3.8 cm)이고, 연결 테이퍼 높이 (C2)는 4.8 인치 (12.2 cm)이고; 튜브 높이 (C3)는 15 인치 (38 cm)였다. 수학식 1에 의해 주어지는 기류 속도 대 공급 롤 어셈블리 속도의 비는 1.02였다. 방사 다이는 34개의 구멍을 구비하였다. 방사 속도 (롤 어셈블리 (480)의 표면 속도)는 5000 미터/분이고 총 연신비 (롤 (480) 대 롤 (465)의 속도 비)은 4.6이었다. 생성된 110 데니어 (122 dtex - 34 필라멘트) 실은 비강도가 8.4 g/데니어 (7.4 cN/dtex)이었고, 파단신도가 22%이었다. 제조된 각 실 샘플의 길이 방향으로의 ("말단 방향으로의") 데니어 균일성은 1.1%였다.In the embodiment of the present invention using the same polymer used in Example 10, without using a hot tube 475, using the air quench means illustrated in FIG. 3 and the two stage coupled draw roll assembly shown in FIG. The drawn yarn was made. The quench screen has (B) 6.5 inches (16.5 cm) and diameter (D 1 ) 4.0 inches (10.1 cm); Quench connection height (A) is 6.6 inches (16.8 cm); Quench connection tube height C 1 is 12.5 inches (31.8 cm); The connecting tube diameter (D 3 ) is 1.5 inches (3.8 cm) and the connecting taper height (C 2 ) is 4.8 inches (12.2 cm); Tube height (C 3 ) was 15 inches (38 cm). The ratio of airflow speed to feed roll assembly speed given by Equation 1 was 1.02. The spinning die had 34 holes. Spinning speed (surface speed of roll assembly 480) was 5000 meters / minute and total draw ratio (rate ratio of roll 480 to roll 465) was 4.6. The resulting 110 denier (122 dtex-34 filament) yarn had a specific strength of 8.4 g / denier (7.4 cN / dtex) and an elongation at break of 22%. Denier uniformity ("in the terminal direction") in the longitudinal direction of each of the prepared yarn samples was 1.1%.
본 발명의 실시예 11을 비교예 G와 비교할 경우 고속에서 작동하는 커플링된 방사-연신 공정을 구비한 공기 급냉 수단을 이용하여 더 우수한 말단 방향으로의 데니어 균일성을 얻었다. 122 dtex - 34 필라멘트사는 실질적으로 비강도는 동일하였지만, 종래 기술의 급냉 수단으로 제조된 실보다 1.7 배 큰 방사 생산성으로 고도로 균일한 공기 급냉된 실이 제조되었다. When comparing Example 11 of the present invention to Comparative Example G, better denier uniformity in the direction of the ends was obtained using an air quench means with a coupled spin-stretch process operating at high speed. The 122 dtex-34 filament yarn was substantially the same in specific strength, but a highly uniform air quenched yarn was produced with a yarn productivity 1.7 times greater than the yarn produced by prior art quench means.
본 발명은 구체적이고 바람직한 실시태양에 의해 참고적을 예시되지만, 당업자는 통상의 실험 및 본 발명의 실시를 통해 변형 및 변경이 이루어질 수 있음을 인식할 것이다. 따라서, 본 발명은 상기 기술에 의해 한정되는 것이 아니라 첨부된 청구항 및 균등물에 의해 정의된다.While the invention is illustrated by reference to specific and preferred embodiments, those skilled in the art will recognize that modifications and variations can be made through routine experimentation and practice of the invention. Accordingly, the invention is not limited by the above description but is defined by the appended claims and their equivalents.
Claims (22)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR10-2004-7019044A KR20050016438A (en) | 2002-05-24 | 2003-05-23 | Method and Apparatus for Producing Polyamide Filaments of High Tensile Strength by High Speed Spinning |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US10/155,159 | 2002-05-24 | ||
KR10-2004-7019044A KR20050016438A (en) | 2002-05-24 | 2003-05-23 | Method and Apparatus for Producing Polyamide Filaments of High Tensile Strength by High Speed Spinning |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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KR20050016438A true KR20050016438A (en) | 2005-02-21 |
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- 2003-05-23 KR KR10-2004-7019044A patent/KR20050016438A/en not_active Application Discontinuation
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