TW587107B - Method of producing polymeric filaments - Google Patents

Description

587107 A7 B7 五、發明説明（1

發明背景 1 ·發明範疇 取本發明係有關於製造具有低丹尼數分佈之聚合物纖絲，如 聚酯纖絲之方法。本發明亦係有關於自此等纖絲形成之紗 線及其他物件。 2 ·相關技藝說明

4多人造聚合物纖絲，如聚酯，都係熔紡，亦即，彼等係 自加熱之聚合物熔體擠壓而成。熔紡之聚合物纖絲係由熔 融聚合物，如聚對苯二酸乙二醇酯及相關聚酯擠壓通過具 有眾多毛細管（其數量可例如自約丨〇至約3 〇〇 )之噴絲頭而製 ^纖絲自噴絲頭喷出，然後在冷卻區被冷卻。熔融聚合 物之冷卻（驟冷）及隨後固化之細節對紡成纖絲之品質會有顯 著影響，此表現在丹尼數分佈及纖絲間均勾度。 訂

線 驟冷方法包括橫流，徑向及氣流驟冷。橫流驟冷包含將冷 卻氣體從剛擠壓之纖絲長列之一側橫向吹過纖絲。橫流驟 冷般為許多纖維工程公司所愛用，因為拉出輥速度（又稱 •’抽拉速度’’，有時稱為紡絲速度）已因相信”橫流驟冷，，是吹 出提高之速度或流通量所需較大量冷卻氣體之最佳方式而 提兩。 另一種驟冷稱為”徑向驟冷，，且已用在一些聚合物纖絲之商 業製造’例如，諾克斯（Knox)在美國專利第4，156,071號及 柯林斯（Collins)等人在美國專利第5,25〇,245及5,288,553號 所揭示。在這一種”徑向驟冷”中，冷卻氣體係經由圍繞剛 擠壓之纖絲長列之騾冷網向内導入。此種冷卻氣體通常是 -4- 本紙張尺度適财關家料(CNS) A4規格(21GX 297公爱)~ ' * A7 B7

587107 五、發明説明 和纖絲一起向下通過離開驟冷裝置而離開驟冷系統。雖 然，因為纖絲之圓形排列，”徑向驟冷”一詞很適當，但若 纖絲排列並非圓形，例如長方形，橢圓形或其他形狀而具 有將冷卻氣體向内朝纖絲長列導入之對應形狀圍繞網系 統’則相同的系統即可基本上發揮類似之作用。 在1980年代’瓦希拉多斯及傑（vassiiat〇s and Sze)在高速 旋纺聚合物纖絲上做了顯著的改良，並將這些改良及所得 改良之纖絲揭示於美國專利第4 687 61〇，4 691 〇〇3， 5,034，182，5，141，700號中；及最近揭示於5,824,248號及同 在申請中之申請案09/174,194( 1998年1 0月1 6日提出申請） 及09/547,854號（2000年4月12曰提出申請）中。這些專利均 揭示氣體管理技術，藉此氣體即可圍繞剛擠壓之纖絲以控 制彼等之溫度及拉細外形。這些種類的驟冷系統及方法即 稱為氣流驟冷或旋紡。其他驟冷方法包括美國專利第 5,976,43 1號所描述者。氣流旋紡係一種不僅可驟冷熔融纖 絲，而且也可減小紡線張力，因此提供較佳生產率及可加 工性之方法。在氣泥旋紡中，在同一方向前進之冷卻氣體 及纖絲係通過其中速度由捲取輥控制之導線管。張力及溫 度係藉氣體流速、控制氣體速度之導線管之直徑或剖面及 導線管之長度控制。氣體可在沿導線管之一或多個位置引 入。氣流驟冷可讓旋紡速度超過約5,〇〇〇 mpm。 頃發現，就藉某些氣流驟冷系統冷卻之某些種類之聚合物 纖絲而T ’隨著纖絲丹尼數增加，由於所製成之纖絲之丹 尼數分佈增高，而纖絲之生產率及可加工性即降低。丹尼 -5- _____ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 裝 訂-

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數分佈增高咸信至少部份係由於增高之氣《流所致，而 氣體 >而流則是由於增加_纟 μ输精— 均句性之氣流驟冷系統冷卻 幸义大，義4所4又氣體體積增加所致。 、二仍需要一種製造具有低丹尼數分怖及因此改良性質 之熔、，万，截絲 < 方法，較佳高速方法。 發明概诚

裝 ： W 根據這些需要，所提供者為_種用於旋纺聚合物纖絲之溶 纺万法，纟包含使由—或多種鏈支化劑所形成之聚合物之 聚合物熔體通過嘴絲頭以形成聚合物纖絲、使纖絲通至氣 流驟冷區’在其中對纖絲供以冷卻氣體以冷卻纖絲，其中 冷卻氣體係導向在與纖絲方向相同之方向前進。

線 、根據這些需要，也提供者為一種用於旋紡聚合物纖絲之熔 紡方法’纟包含使聚合物之聚合物溶體通過噴絲頭以形成 具有母纖絲丹尼數約4以上之聚合物纖絲、使纖絲通至氣流 驟冷區，在其中對纖絲供以冷卻氣體以冷卻纖絲，其中冷 部氣體係導向在與纖絲方向相同之方向前進及加速，因此 由所製成之纖絲形成之紗線具丹尼數分佈小於2。 根據14些需要，也提供者為一種用於製造具有丹尼數分佈 約2以下足聚合物纖絲之熔紡之方法，其包含使具有實驗室 相對黏度22·5之聚合物之聚合物溶體通過噴絲頭以形成纖 絲、使纖絲通至氣流驟冷區，在其中對纖絲排供以冷卻氣 體以冷卻纖絲，其中冷卻氣體係導向在與纖絲方向相同之 方向前進及加速。 根據這些需要，也提供者為一種製造具有丹尼數分佈小於 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) 587107 A7 ____B7 五、發明説明（4 ) 約2 %之聚酯紗線之方法，其包含自具有實驗室相對黏度 22.5之聚酯形成纖絲及將纖絲形成紗線。 也提供這些方法所製成之纖絲、紗線及其他物件。 本發明之進一步目的、特徵及優點從以下詳細說明將很明 白。 圖式之簡單說明 圖1為可使用於本發明之單段氣流驟冷系統之圖示。 圖2為可使用於本發明之二段氣流驟冷系統之圖示。 圖3為一曲線圖，顯示127丹尼-3 4纖絲、圓形剖面DMT聚 對苯二酸乙二醇醋聚合物之丹尼數分佈（DVA)與相對黏度 間（LRV)的關係。 圖4為一曲線圖，顯示265丹尼-34纖絲、圓形剖面DMT聚 對苯二酸乙二醇酯聚合物之丹尼數分佈（DVA)與相對黏度 間（LRV)的關係。 發明之詳細說明 本發明係有關於一種以氣流旋纺製造具有低丹尼數分佈之 熔紡聚合物纖絲之方法。本發明亦係有關於一種由此處所 述方法製成、具低丹尼數分佈之熔紡聚合物纖絲。 本發明人等頃發現，提高欲旋紡之聚合物之黏度可減低所 製成纖絲之丹尼數分佈，而因此克服其他方法所發現的高 丹尼數分佈的問題。 π纖絲” 一詞在此處係一般性使用且包含切段纖維（cut fiber)(常稱為短纖維），雖然合成聚合物在其熔纺（擠壓）時 一般最初係以連續聚合物纖絲形式製備。將一組纖絲結合 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇X297公釐）

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線 五、發明説明（5 I成、八泉。本發明之方法可用於製造任何類型的、紗線，如 4伸、V、部份疋向紗（P0Y)或短纖維。所製成之紗線較佳 傲1份定向以供隨後以本技藝所知方法變形。任何期望之 方去白可使用，包括假捻變形、噴氣變形及拉 形。 又· 可ι成具有任何期望之剖面，包括圓形、橢圓形、三 = >及扇狀橢圓形。任何可溶纺之聚合物皆可用於本方 ::包括聚酉旨及聚婦烴。聚合物較佳為聚酿。聚醋可為均 ::、共聚物、聚酿之混合物、雙组份或鏈支化聚醋。有 水酷包括聚對苯二酸乙二醇酿（,，2_gt")、聚對苯二酸三 亞旨或聚對苯二酸丙二醇酿（"3_GT")、聚對苯二酸；； =曰（4_GT")、聚菩二甲酸乙二醇醋、聚對苯二酸（伸環 己二二亞甲醇醋）、聚（丙内酿）、聚（壬二酸乙二醇酿）、聚 h —酸丁二㈣）、聚[(2,7·茶二甲酸）乙二醇醋]、聚 (乙醉酸）、聚(琥珀酸乙二醇酯）、聚(己二酸乙二醇酯）、聚 (癸二酸乙二醇酯）、聚(己二酸十亞甲醇醋）、聚(癸二酸十 亞甲醇酷）、聚（阿爾發’阿爾發·二甲基丙内醋）、聚（對-經 基苯甲酸酯）（ak〇n〇)、聚（氧苯甲酸乙二醇酯）、聚（異苯二 酸乙二醇醋）、聚（對苯二酸四亞甲醇酿）、聚（對苯二酸六亞 甲醇醋）、聚（對苯二酸十亞甲醇醋）、聚（對苯二酸i 4_環己 燒二亞甲醇醋)(反式）、聚(1，5_茶二〒酸乙二醇醋）、聚 (2,6-莕二甲酸乙二_)、聚（對苯二酸W伸環己基二亞 甲醇酿）（順式）及聚（對苯二酸伸環己基二亞甲醇醋）（反 式）。製造本發明所用聚合物之方法已為本技藝所知且可包 -8 -

587107 A7 B7 五、發明説明（6 ) 括觸媒、共觸媒及鏈支化劑之使用以形成本技藝所知之共 聚物及三聚物。 例如，適當之聚酯可含有約1至約3莫耳％範圍之伸乙基-硫-異苯二酸酯結構單元，其中Μ為鹼金屬陽離子，如美 國專利第5,288,553號所述；或0.5至5莫耳％之5-硫-異苯二 酸之乙醇酸酯之鋰鹽，如美國專利第5,607,765號所述。本 發明之纖絲也可由以上所述任何二種聚合物形成所謂的，，雙 組份，，纖絲，並排配置或皮芯配置。特別有用者為聚對苯二 酸乙二醇酯（PET)。PET可藉以下所述DMT或ΤΡΑ方法製 備。也有用者為以下將詳細討論之支鏈化聚合物。 本發明之方法可製造具有有用丹尼數分佈之紗線。丹尼數 分佈（DVA)係紗線沿端（along-end)丹尼數變異性之量度， 其係計算紗線規則間隔之質量變異而得。紗線變異性係藉 紗線通過電容器槽口，對槽口中之立即質量反應而測量。 試驗樣本係以電子式分成8段3 0米長之小段，每隔〇.5米測 量一次。將8小段每一段之最大與最小測量值間的差異加以 平均。丹尼數分佈記錄為％DVA，即平均差異除以整個240 米長紗線之平均質量之百分比。測試可在ACW400/DVA (自 動切刻及稱重/丹尼數變異附件）儀（可自Lenzing技術公司，

Lenzing，Austria，A-4860 購得）測量。 低丹尼數分佈是所需要的，因為纖絲中之非均勻性會在纖 絲之下游加工中造成問題。此外，低丹尼數分佈容許高變 形速度、著色之均句度及由纖絲形成之織物整體或表面之 均勻性。本發明可提供具DVA小於約2 〇、較佳小於約 -9 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 x 297公釐) 587107 A7 B7 五、發明説明 1 ·5、更佳小於約1.2、最佳小於約1 ·〇之紗線。如圖3及4所 示，dpf愈低，可獲得之丹尼數分佈愈低，設若其他條件相 同。 紗線可自任何所需數量之纖絲形成。若dpf在5以上，則 紗線較佳自約5至約200支纖絲、更佳約8至約10〇支纖絲及 最佳約1 0至約7 0支纖絲形成。 在本發明之一些具體例中，纖絲之dpf為約3.4 dpf以上、 較佳在約3.5至約15.0之範圍内、更佳約4·〇至約12及最佳約 5.0至約9.0 dpf。然而，本發明不僅係有關於降低高丹尼數 纖絲紗線之丹尼數分佈，而且係有關於降低低丹尼數纖絲 紗線之丹尼數分佈，例如，具dpf小於約3.5、小於約2.0或 小於1 ·0之低丹尼數纖絲紗線，其或許已具有可接受之丹尼 數分佈。不管dpf為何，以上所討論之DVA全範圍可藉由適 當選擇製程條件如速度及聚合物黏度而得。 本發明人等已發現，丹尼數分佈與聚合物之黏度有關。如 實例所說明及圖3及4所示，隨著相對黏度增高，聚合物纖 絲之丹尼數分佈即降低。因此，必須選擇具足夠高Lrv之 聚合物以產生可接受DVA。熔體黏度可藉任何所欲方法提 高’如利用鏈支化劑形成聚合物或利用本技藝已知之其他 聚合技術，如進一步聚合以增加聚合物鏈長度，形成具有 較高黏度之初始聚合物。 此外’如實例2所說明，氣流旋紡及鏈支化劑之使用都會 對降低丹尼數分佈有增效效應，而同時能使用高速而提高 生產率。因此，本發明亦係有關於藉添加鏈支化劑及氣流 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)^ii^210 X 297公梦)

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線 587107 A7 _______B7 五、發明説明（8~) ~ ~~- 旋纺纖絲提高聚合物纖絲製造之生產率。 可提高聚合物熔體黏度以獲得期望丹尼數分佈之任何鏈支 化劑皆可使用。鏈支化可在初始聚物形成時或其後加入以 提高黏度至期望程度。鏈支化劑係會與單體或聚合物反應 以提高聚合物之黏度之任何藥劑。彼等一般都是多官能化 合物，含有3或多個官能基如羥基、羧基或酯基。適當鏈支 化劑包括苯偏三酸三甲酯、季戊四醇、三聚物酸、苯六 酸、三羥甲基丙烷、三羥甲基乙烷、甘油、苯均三酸及其 二f能酯、矽酸四乙酯、苯均四酸、間苯三酚、羥基氫醒 及本技藝所知其他鏈支化劑。較佳鏈支化劑為在加工及聚 合時單體型及在形成、旋紡及進一步加工時聚合物型足夠 穩定者。請參閱美國專利第3,576,733、4,〇92,299、 4，1 1 3,704、4,945，151、5,034，174 及 5,376,735 號，及 Journal of Applied Poly· Science(第 74 卷，第 728-734 頁， 1999)’彼等全部併於此以供參考有用鏈支化劑之說明。鏈 支化劑可用本技藝已知之技術製造。在本發明之較佳具體 例中’鏈支化劑包括苯偏三酸三甲酯。 在本發明聚合物纖絲為聚對苯二酸乙二醇g旨聚g旨之具體例 中’纖絲可藉本技藝已知之任何適當合成途徑製備。特定 言之’纖絲可藉製備聚對苯二酸乙二醇酯聚酯之二種主要 合成途徑之任何一種製備：（1)，，DMT”，對苯二酸二甲酯與 乙二醇之酯交換，及（2)”TPA”，對苯二酸與乙二醇之反 應。本技藝已知之任何適當鏈支化劑都可使用於任一合成 途徑。DMT聚合物不必添加鏈支化劑即常具有適當高的黏 -11- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 587107 A7 B7 五、發明説明（9 度，這是由於DMT方法中固有之雜質會導致產生分支，因 此提高黏度之故。本發明之鏈支化劑是加至方法中之額外 官能化合物，而非DMT或TPA方法所固有者。在鏈支化劑 為苯偏三酸三甲酯之具體例中，聚對苯二酸乙二醇酯可藉 DMT或TPA任一途徑製造。

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任何適當量之鏈支化劑都可使用於本發明所用聚合物。適 當量即為可有效提鬲聚合物之相對黏度至對應於期望丹尼 數分佈之相對黏度之量。此為纖絲dpf以及聚合物種類之函 數，以及製程參數如旋紡速度之函數。例如，若圖3所示纖 絲需要約1 ·〇〇/。之丹尼數分佈時，則有效量之鏈支化劑將為 可南聚合物纖絲之相對黏度至約23·3 LRV之量。例如， 可使用約100至約1〇,〇〇〇 ppmi交聯劑。在鏈支化劑為苯偏 二酸二甲酯之具體例中，聚合物係利用約0.085至約0·23重 量％ (苯偏三酸三甲酯（以聚合物之重量為準）或約3 ·4至約 9.1微當量交聯劑/克聚合物。 若聚合物係選擇具足夠高LRV者且具足夠低dpf之纖絲可 製成而得適當DVA時，即無需鏈支化劑。不論有否鏈支 化，聚合物之LRV較佳為大於約22·〇 ,或大於22.5或大於 23.0以獲得期望之丹尼數分佈。 在本發明之方法中，聚合物係利用已知技術通過噴絲頭熔 紡。紡成之纖絲然後以氣流法驟冷。一般而言，氣流驟冷 包含供應一定容量之冷卻氣體以冷卻聚合物纖絲。任何氣 體皆可用作為冷卻介質。冷卻氣體較佳為空氣，因為空氣 輕易可獲得，但可使用其他氣體，例如蒸汽或惰性氣體如 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公發) 587107 A7 ____ B7 五、發明説明（—^—) _ "~ -- 氮氣，若因聚合物纖絲之敏感性質，特別是在熱及剛擠壓 時而有需要時。 在氣流驟冷中，冷卻氣體及纖絲係通過其中速度係藉捲取 棍控制之導線管。張力及溫度係藉氣體流速、^制^體速 度之導線管之直徑或剖面及導線管之長度控制。氣體可沿 導線管之-或多個位置引入。氣體較佳係利用漸縮或錐形 段或利用限制體積之管子加速通過或離開驟冷區。 氣流驟冷可讓旋纺速度超過約3,000 mpm，例如，4,〇〇〇 mpm以上或5,000 mpm以上。可使用之適當氣流旋紡方法及 系統之實例已揭示於美國專利第5,824,248號（，248專利）， 其併於此以供參考；及美國序號〇9/547,854(2〇〇〇年4月12 曰提出申請），其亦併於此以供參考。背景一節中所述之任 何氣流方法皆可使用。較佳具體例包括，248專利所示之單段 方法及09/547,854之二段方法。代表性單段方法顯示於圖1 及代表性二段方法顯示於圖2。 雖然圖1及圖2之裝置為圓形’但彼等可採用其他形狀。 如圖1所示，單段氣流驟冷裝置包括圓筒外殼^，其形成圓 形至H ’加壓冷卻氣體由在外殼5 0之外圓筒壁51上形成之 進口導管吹入而供應至室中。圓形室ϋ在圓形室^下部 及界定圓形室芝2_上部内表面之圓筒驟冷網系統ϋ下方具有 固定於圓筒内壁^之圓形底壁U ;加壓冷卻氣體由圓形室 通過網系統1^_徑向向内吹入在噴絲頭面&下方之區域 IX ;仍然熔融、剛自加熱之噴絲頭組件2^之加熱熔體通過 噴絲頭面JLL之孔（未示出）擠壓出之一束纖絲ΐ即通過區域 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 587107 A7 一 —___B7 五、發明説明（11 ) 11»、嘴絲頭面係位在外殼ϋ之中央並自緊接外殼ϋ之 (嘴絲頭組件D之面凹進。纖絲20繼續通過區域丄i， 經包圍纖絲、由内壁i所形成之管子離開驟冷系統，向下 到達拉出輥丄生，其表面速度即稱為纖絲之抽拉速度。 繼續向圓筒驟冷系統[^_下方前進，纖絲可有效通過内徑 與圓同驟冷系統5 5相同的短管7 1且較佳通過錐形段7 2，再 進入較小内徑之管21_並延伸至外殼1之底部^下方。氣體 與纖絲之相對速度可改變以獲得所要結果。纖絲&較佳在 離開管之前即已完全硬化，在此情形時，當彼等離開管

ZiJ寺’彼等之速度將早已和彼等在拉出輥ϋ時之速度相 同。 在管提供錐形入口 21是一種選擇但為較佳。咸信管之適 當錐形入口可使冷卻氣體之加速平順並可降低瑞流。管之 錐形入口曾使用過錐形角度30，45及60，最適錐形角度視 若干因素之組合而定。約1吋（2.5厘米）直徑之管在實務上已 發現非常有用。約1.25吋（3.2厘米）直徑之管也已有效地使 用。管之頂端較佳不距離喷絲頭太遠。管之頂端應距約8〇 厘米或以下，較佳小於約6 4厘米。 具收縮尺寸之管1之形狀不必僅為圓筒剖面，而可變 化’尤其是在擠壓非圓形纖絲長列時。因此，例如長方 形、方形、橢圓形或其他剖面皆可使用。 以下尺寸顯示於圖1 : A -驟冷延遲高度，即面上方噴絲頭面^之高度； B -驟冷網高度，即圓筒驟冷網系統ϋ之高度（由面16a -14- ¥紙張尺度適用中g 準(CNS) A4規格(21Q><297公爱) ~ 587107 A7 B7 五、發明説明（12 延伸至内壁6 6之頂部）；及 C 1 -連接管咼度’即短管2J__之高度； C 2 -連接錐高度，即錐形段72之高度；及 C3 -管高度，即引起冷卻氣體加速衝出區具收縮直 徑之管11之高度。 圖1中，纖絲1在離開驟冷系統後繼續向下到達從動輥 ，其自加熱之噴絲頭將纖絲2Α依彼等路徑拉出，俾彼等 在從動輥Ul之速度與從動輥3 4之表面速度（不計滑動量）相 同，此一速度即稱為抽拉速度。如習知者（但圖中未示出）， 一般在固體纖絲ϋ到達從動輥^_^之前在彼等施加整理劑。 如圖2所示，氣流驟冷系統可包含二階段，例如，在二位 置將氣體引至纖絲、用於加速空氣之漸縮段jj立及管119之 漸縮/漸擴段。第一階段室及第二階段室Ιϋ各在外殼 Ml之圓筒内壁内形成。第一階段室1〇5係設在噴絲頭113下 方並供應氣體至纖絲jj左以控制纖絲114之溫度。第二階段 室IM設在第一階段氣體入口 108輿設在第一階段氣體入口 1M下方、用於纖絲w冷卻時圍繞纖絲之管^中間。在第 一階段室下部固定在圓筒内壁1〇3之圓形壁1〇2將第一階 段室與第二階段室μ隔開。 第一階段氣體入口 供應氣體至第一階段室1〇5。同樣 地’第二階段氣體入口 Ml供應應氣體至第二階段室ΐϋ。 請>王意可用單一氣體入口供應一或多室；且氣體入口之數 量可修改以便在控制氣體流量上有彈性。流向每一階段之 冷部乱體可藉由分別經由入口 ΙΜ及m供應加壓冷卻氣體 -15- 本紙張尺度適用規格(21^297公釐)

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587107 A7 ___ B7 五、發明説明（13 ) 而獨立加以調節。 圓奇驟冷網總成111--包含一或多個組件，較佳圓筒多孔 管及鐵絲網管一係固定在第一階段室Μ中央。”多孔管，，係 一種用於徑向方配氣體流進入一階段之構件。加壓氣體係 自第一階段氣體入口 108向内吹入通過第一階段室105並通 過圓筒驟冷網總成U丄，進入圓筒驟冷網總成&之内圓筒 壁所形成、在噴絲頭113下方之區112_中。經噴絲頭孔（未示 出）擠出後之熔融纖絲束114通過區，在其中纖絲114開 始冷卻。内壁尬3係配置在圓筒驟冷網總成111下方且介於 第一階段氣體入口过8與第二階段氣體入口 1〇9之間。第一 階段漸縮段係在外殼107之内部形成，而更明確言之係 在内壁111之内壁形成，介於第一階段氣體入口 g與第二 階段氣體入口 m之間。漸縮段可設在裝置之任何部位，以 使其可加速氣體速度。漸縮段可沿管上下移動以達到期望 之氣體管理。可有一或多個此等漸縮段。纖絲u及繼續自區 111通過内壁mi之短管狀段離開驟冷系統之第一階段，再 和第一階段冷卻氣體一起通過第一階段漸縮段2J1;第一階 段冷卻氣體係在纖絲Hi繼續冷卻時在纖絲前進方向加速。 圓4狀多孔管112係配置在第一階段漸縮段116下方且介於 第一階段氣體入口 10^與第二階段氣體入口 109乏間。圓筒 狀多孔管111係設在第二階段室106之中央。然而，多孔管 可依需要設在可提供纖絲所要氣體之位置，例如在二階 段氣體入口下方。圓筒狀内壁118係設在圓筒狀多孔管117 下方。第二冷卻氣體供應源係由第二階段供應入口^^ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 587107 A7 ---- - B7 五、發明説明（14 ) ^ " 供迫使軋體通過圓筒狀多孔管! 17。在第一及第二漸縮 段-分別為之間的為由具入口直徑2丄、出口直徑 DA及而度L2A漸縮段ΐϋ之内壁所形成之管狀段。管狀 段121與漸縮段11丘可製成為一單件，或製成為例如藉螺紋 相互連接之個別件。 管狀段ill可為直線，如圖2所示，或為錐形。直徑D2處 DA之比一般為D4/D2<0.75、較佳D4/D2C0.5。利用此種 比率’即可提高冷卻氣體之速度。第二階段冷卻氣體通過 第二階段漸縮段入口 互，而直徑Μ係由第一漸縮段116之 管狀段ill之出口與紡絲管U9之入口所形成。纺絲管一詞 係用以4曰具有漸縮/漸擴配置之裝置之部份。管之最後部份 較佳具有此種配置。紡絲管119之上端係設在圓筒狀内壁 ill之内部表面。 具長度LX及出口直徑D6之第二階段漸縮段入口 係在 管m之内壁形成’且接著為長；| L4之漸擴段127，其亦係 在管之内壁形成並延伸至具出口直徑〇7之管119之末 端。纖絲ill通過出口直徑虹離開管119並由輕104捲取；此 輥之表面速度即稱為纖絲114之抽拉速度。速度可依需要修 改。輥Ml較佳係以表面速度超過3,5〇〇 mpm驅動。第一及 第二階段合併氣體之平均速度在第二階段漸縮段互中在纖 絲前進方向增高，然後在冷卻氣體移動通過漸擴段時降 低。第二階段冷卻氣體在第二階段漸縮段1中與第一階段 冷卻氣體結合以協助纖絲冷卻。入口 1〇8及109之冷卻氣體 溫及流量可單獨控制。 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）

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k 587107 A7 _ B7 五、發明説明（15 ) 具多孔壁之可選用漸縮網120^擴散錐可設在纺絲管119 之出口。冷卻氣體可通過擴散錐120之多孔壁排出，而降低 出口氣體速度及纖絲路徑之瑞流。可利用擴散錐GO之變異 來減低加諸於纖絲UA之湍流。纖絲JJ4可通過漸縮網120之 出口噴嘴m離開紡絲管，且纖絲114可由輥1M自出口 喷嘴123捲取。 以下尺寸顯TF於圖2 : A -驟冷延遲咼度係噴絲頭面與緊接外殼1 〇7之系座底表 面122之間的差異； B -驟冷網高度係圓筒狀驟冷網總成111之垂直高度； L1 -第一階段漸縮段長度； L2 -第一階段管長度； D 2 -第一階段漸縮段入口直徑； D3 -第一階段漸縮段管狀段入口直徑； D4 -第一階段漸縮段管狀段出口直徑； D 5 -第二階段漸縮段入口直徑； D 6 -第二階段漸縮段出口直徑； D7 -第二階段漸擴段出口直徑； 及 L 5 -可選用漸縮段網長度。 氣體可以大氣壓或增高壓力獨立引入及IM。同時，可 迫使氣體在大氣壓以上進入第一階段氣體入口 ’以令氣 體被吸入第二階段氣體入口 109。第一及第二階段氣體入口 108及109可引入相同或不同氣體。 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 587107 A7 _______B7 五、發明説明（16 ) 可使用二階段裝置之變化，如美國序號〇9/547,854所述。 例如’裝置可具有二或多個氣體入口及一或多個氣體出 口同時，管可為直管，且不包括漸縮/漸擴段。唯一重 要的疋’裝置應具有至少一個漸縮段以使冷卻氣體加速。 圖6中的延遲！可為不加熱或加熱延遲（常稱為徐冷器）。 延遲之長度及溫度可予變化以獲得所需纖絲冷卻速度。 驟冷之後’利用本技藝已知技術將纖絲收聚、交織並捲繞 成多纖絲束。任何所欲捲繞方法皆可使用，如利用摩擦驅 動捲繞機或心軸驅動捲繞機捲繞。例如，紗線可用Barmag 公司（Remscheid-Lennep，Germany)製造之多端、自動轉移 轉塔捲繞機捲繞。 所製得之纖絲可製成多纖絲、紗線、織物及其他物件。 用於說明本發明纖絲特徵之係質係如以下測量： 拉伸張力（DT)，單位克，係在拉伸比17倍及加熱器溫度 180 °C下測量。拉伸張力係用作為定向之量度。拉伸張力可 用DTI 400拉伸張力儀（也可自Lenzing Technik公司購得）測 量。 韌度（Ten)係測定為在斷裂點時之負重（單位克）並除以丹 尼數。伸長率（％E)係在斷裂點時紗線長度增加之百分率。 Ten&%E係根據ASTM D2256，利用1〇吋（25.4厘米）標距 樣本，在65%RH及70°F下以伸長速度60%/分測量。 DVA %係如稍早所討論測量。q 1 /q 2係流至圖2中室1 〇5 及106、以每分立方呎（CFM)測量之體積空氣流量；此係利 用Brandt B-NZP 1000系列氣體流量感測器測量； -19- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 587107 A7

%U係如下測量··可使用Zellweger Uster公司（CH_

Uster，Switzerland)製造之Uster測試機3型C測量測試紗線 均句度U%或質量值之直線不規則性。百分率即表示偏離測 試樣本平均質量之質量偏差且為整體材料均勾性之強勢指 標。測試可依照ASTM方法D 1425進行。將測試機之羅托菲 爾（Rotofil)加捻器單元設定於可提供紗線3捻度並將其壓力 調整至可獲得最適U%。 ' U%CV係經質量平均勻值標準化後之質量變化之變異數 之平方根並以百分率表示。 貫驗室相對黏度（LRV)係測量聚合物溶液之絕對黏度與溶 劑之絕對黏度之比，或聚合物溶液與溶劑在肯農-芬斯克 (Cannon-Fenske)黏度計（大小2〇〇)中在2 5°C下射流時間之 比。聚合物溶液在25 °C下為8%重量/體積（4.75%重量/重量） 濃度。所用溶劑為含1〇〇 ρριη之六氟異丙醇。 丹尼數或直線質量係9000米紗線之重量，單位克。丹尼 數係藉由將已知長度之紗線，通常4 5米自多纖絲捲裝前送 至丹尼數紗框並用天平稱重至精確度〇 〇〇 1克而測量。然後 自測得之4 5米長度之重量計算丹尼數。紗線丹尼數係利用

Lenzing Technik公司ACW 400/DVA(自動切割及稱重/丹尼 數變異附件）儀測量。以Η2 0柱表示之p 1 /p 2係分別為第一 階段與第二階段壓力，此係利用Α1η〇Γ型S30微壓力計在圖2 室105室106之壁測量。P1/P2係相對於大氣壓之實際表計 壓力。 塊溫度係旋紡計量泵與旋紡組件間包圍傳送聚合物之金屬 -20- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公董)

裝 訂.

k 587107 A7 ______ B7 五、發明説明（18 ) 塊之加熱孔腔内道生加熱蒸氣（D〇wtherm heating vap〇r)之 溫度。 聚合物溫度為噴絲頭板前熔體池中聚合物溫度之熱電偶讀 數。 本發明將藉以下非限制性實例作進一步說明。 實例 實例1 里_舍物黏度對低i高丹尼數纖絲之丹尼數分佈之影響 在本實驗中，係利用以上所述並參照圖2說明之二階段氣 流騾冷系統旋紡以下市售、由DMT方法製備之對苯二酸乙 二醇醋聚合物：（1)具相對黏度（LRV)為23.3之127丹尼-34 纖絲（ 127-34)，（2)具 LRV為 21.8 之 127 丹尼-34 纖絲（127-34)，（3)具 LRV為 23.3 之 265 丹尼-34 纖絲（265-34)，及（4) 具LRV為21.8之265丹尼-34纖絲（265-34)。纖絲具圓形剖 面。所用聚合物為 DMT Crystar 3956 (3956)及 DMT Crystar 3915 (3915);自杜邦 Cry star公司（Old Hickory，TN)購得。 所製得之纖絲為部份定向。 所用相關加工參數，及纖絲特徵顯示於表1。驟冷裝置之 其他特點如美國序號09/547,854之實例1所述。實例B，D及 F係比較實例，證明低黏度對丹尼數分佈之不利影響。第一 對，即纖絲A及B係一比較，顯示對127丹尼-3 4纖絲而言， 相對黏度增高，丹尼數分佈（DVA)即降低。此一關係以丹 尼數分佈％對相對黏度圖解顯示於圖3。 第二對，即纖絲C及D係一比較，顯示對265丹尼-3 4纖絲 -21 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 587107 A7 B7 五、發明説明（19 ) 而言，相對黏度增高，丹尼數分佈即降低。 對二對也可與第三對，即纖絲E及F比較，以證明可使用 低旋紡速度達到甚至更低之丹尼數分佈。E及F以丹尼數分 佈％對相對黏度圖解顯示於圖4。因此，提高LRV可稍微降 低可用之旋纺速度（但仍高於傳統方法），但會大大降低丹尼 數分佈。 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 587107 A7 B7 五、發明説明（2(3 a a A ODI— 26S4 265-34 265-34 265-34 127·34 127.34 3915 3956 3915 3S6 3915 3S6 21.8 23.3 21.8 23.3 21.8 213

LRV 4330 4180 io 4310 4515 S80 3pm) 125.3 127.3 129.2 1217 590 62.4 3.6 1.41 3.63 1.67 1.50 1.00 DVA % 2.25/117.4 2.45/119.9 Z38/121.9 2.57/125.1 砮淬，gpd/ 吝 >戈％) 1.54 1.18 1.48 1.32 UO/0 1.94 1.48 1005 1.65 u%c< 274/291.8 278/291.9 274/2920 2S.0/2S.8 3050/309.8 3S0/307.7 wssToc 3.5/3.5 3.5/3.5 4.0/3.5 >0/3.5 7.0/3.5 7.0/3.5 P1/P2. in.Ho 52/40 52/40 a/45 —5 5i 5i Q1/Q2 6x1· 6.ΧΓ 6x4r 6x1" 3x1- io.75- yxr io.75" I-§ χσ {D2iD3) 6.5· 601· 6cn" 6.5. 6.5· 6.5. ter -23-

本紙浪足度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 x 297公釐) 587107 A7 B7 五、發明説明（21 實例2 I金物黏度對高丹尼數爐絲之丹尼數分佈之影響 為證明提高·黏度對高丹尼數聚合物纖絲之丹尼數分佈之影 響，特利用以上所述及參照圖2所說明之二階段氣流驟冷方 法旋紡聚合物。前四種聚合物以美國序號〇9/547,854之實例 1所述之裝置驟冷。第五種聚合物以相同裝置旋紡，但使用 6 π X 1”階段1錐，俾第一階段管高度L2為6。將以下四種 市售聚對苯二酸乙二醇酯旋紡成265丹尼-3 4纖絲、圓形剖 面聚合物纖絲：（1)自Yizheng化學纖維公司（中華人民共和 國）獲得之TPA聚對苯二酸乙二醇酯（PET)聚合物，（2) DMT Crystar 3956聚合物，（3)自杜邦蘇州聚酯公司（新區， 蘇州’江蘇，中華人民共和國）獲得之TP A聚對苯二酸乙二 醇酯聚合物，及（4)第二DMT Crystar 3956 PET聚合物。聚 對苯二酸乙二醇酯聚合物係利用TP A聚合途徑在杜邦聚酿技 術公司之技術實驗室聚合，並也使用其量為約856 ppm之鏈 支化劑，即苯偏三酸三甲酯。全部Crystar聚合物皆自杜邦 Crystar 公司（Old Hickory，Tennessee)購得。 所用相關加工參數，及纖絲特徵顯示於表2。此表顯示， 不使用鏈支化劑提高黏度可提供降低之丹尼數分佈。全部 纖絲皆為部份定向，並擬用於進一步變形。從表2可看出， 鏈支化劑之使用可獲得良好的丹尼數分佈，同時可維持高 速度，因為黏度不必像不使用鏈支化劑時提高那樣多。明 確言之，含鏈支化劑之TP A聚對苯二酸乙二醇酯聚合物可提 供具低丹尼數分佈，約1.61% DVA之聚合物纖絲。此一丹 -24- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 587107 A7 B7 五、發明説明（22 ) 尼數分佈低於TPA及DMT聚對苯二酸乙二醇酯聚合物二者 不使用鏈支化劑所得者，甚至具LRV較鏈支化聚酯為高 者。此外，如表2所示，含鏈支化劑之TP A聚對苯二酸乙二 醇酯可在更高旋紡速度下熔紡，而仍提供具低丹尼數分佈 之纖絲。 -25- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 587107

7 7 A B 五、發明説明（

呤麻 jubjM~TPA DMT Crystar 3956 TPA揪注 DMT Crystar 3956 TPAYizheng 郑命穿¾澉 (呤告2巳/34) 22.9 23.3 21.7 23.3 21.3 i W5 4360 4310 4200 4200 § (mpm) 158.3 1250 129.8 1S.3 99.2

CO 1.61- 1.87 2.62 1bo5 2.85 •2.34/127.20 2.33/11972 DVA^i^-gpd/ % 毐洳令(％) &It -1.23 —1 001 2.46 U% 1.26 1.54 303

U% CV

278/295.5 287/300.7 287/297.4 287/300.1 287/294.5

TOC k δ3.5 30/2.0 20/2.0 1.6/3.0 1.6/30 P-/P2 3:20^ §/45 53/35 41/23 3537 3§7

Q-/Q2 CFM.END 6x1 3x1· 3· XI. 3· XI· 3x1· 26 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4规格(210 x 297公釐) 587107 A7 B7 五、發明説明（24 ) 實驗3 晃il&JL流驟洽#拉伸張力％ C V之影響 為測疋利用鏈支化劑及氣流驟冷之影響，特利用以上所述 並參照圖1所說明之單階段驟冷系統製造纖絲。127丹尼· 3 4 纖絲聚對苯二酸乙二醇酯纖絲係利用氣流旋纺系統旋紡 (i)Crystar公司之DMT PET均聚物及（Η)包括鏈支化劑之 PET。包括鏈支化劑之pet與實例2所用者相同。 以表3所示第一纖絲而言，係使用圖1所示之氣流驟冷系 統，而 Α=1·〇”，Β=：5·5，，，C1=2 5”，C2 = 2 〇,，，C3 = 15 〇" 及喷絲頭管出口 == 26.0”及管21=1 ·0’，。以表3所示第二纖絲 而言，係使用圖1所示之氣流驟冷系統，而A=1〇u , Β = 5·5" ’ C 1=3.0” ’ C2 = 0.0”，C3 = 15.0” 及噴絲頭管出口 = 24.5"及管 7 3 = 1.0"。 所用相關加工參數，及纖絲特徵均顯示於表3。如表3所 示，利用鏈支化劑以製造形成纖絲之聚合物可明顯降低 %cv並達到較高旋紡速度。％cv之定義為經樣本平均標準 化之樣本變異數之平方根並以百分率表示。樣本平均係以 個別測定值之總和除以總樣本數決定。因此，低即意 謂纖絲較均勾。因此，利用交聯劑提高黏度可在單階段氣 流系統獲得更均勻產物。 -27- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 587107 A7 B7 五、發明説明（25 表3 氣流驟冷及鏈支化劑對生產率之影響 鏈支化劑 旋紡速度 (mpm) 拉伸勃度 (g) 拉伸張力 %cv 聚合物溫 度CC) Gms/min 每孔 Qi CFM 否 3922 60.7 2.09 294.3 1.62 30 是 4157 59.1 1.53 303.2 1.72 30

雖然本發明為證明之用已在以上作詳細說明，但當然熟諳 本技藝者在不偏離以下申請專利範圍所界定之本發明之精 神及範圍下，可作各種變化及變更。 裝 訂

-28- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

Claims (1)

1. 587107

   10.Γ:=範圍第1項之方法，其中自所製成之纖絲形 (、…、丹尼數分佈為小於15及每纖絲丹尼數為小於 4 〇 = :專利範圍第巧之方法，其中聚合 驗室相 對黏度為2 2以上。 其中纖絲係以大於3,500 其中纖絲係以大於4,000 12.如申請專利範圍第1項之方法 米/分之速度前進通過驟冷區。 13·如申請專利範圍第1項之方法 米/分之速度前進通過驟冷區。 14. 15. 16.

   裝· 一種藉如申請專利範圍第丨項之方法製成之纖絲。 一種自如申請專利範圍第丨4項之纖絲形成之物件。 一種用於旋紡聚合物纖絲之熔紡方法，包厶

   使聚合物之聚合物溶體通過噴絲頭以形β成具每纖絲丹 尼數為4以上之聚合物纖絲， 使纖絲通至氣流驟冷區，其中提供纖絲冷卻氣體以冷 卻纖絲，其中冷卻氣體係導向在與纖絲方向相同之方: 前進及加速， 因此自所製成之纖絲形成之紗線具有丹尼數分怖為小 於2 0 Π·如申請專利範圍第16項之炫纺方法，其中纖絲具每纖鮮 丹尼數為5以上。 18.如申請專利範圍第16項之熔紡方法，Α 士 具中聚合物包含聚 對苯二酸乙二醇酯。 19· 一種用於製造具丹尼數分佈為2以下土取入从妙w 卜 < 聚合物纖絲之溶 本紙張尺度適财S 0家料(CNS) Α4規格(21QX297公着)一 ---- 587107 A B c D 々、申請專利範圍 纺方法，包含 使具實驗室相對黏度為22.5以上之聚合物之聚合物熔 體通過噴絲頭以形成聚合物纖絲， 使纖絲通至氣流驟冷區，其中提供纖絲排冷卻氣體以 冷卻纖絲，其中冷卻氣體係導向在與纖絲方向相同之方 向前進及加速。 20. —種製造具有丹尼數分佈為小於2 %之聚酯紗之方法，包 含自含一或多種鏈支化劑、具實驗室相對黏度為22.5以 上之聚酯形成纖絲，並將纖絲形成紗線。 -3- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210X297公釐）