专利名称：高强度低收缩的聚酯拉伸纱线及其制造方法
技术领域：
本发明涉及用来制造座椅固定带，坐垫套，防水油布，广告标志牌等产品的高强度低收缩聚酯拉伸纱线及其制造方法。更具体地说，本发明涉及因为在后处理过程中对拉伸纱线施加的热处理温度和张力，而使其形态变化最小，即具有高形态稳定性的高强度低收缩聚酯拉伸纱线及其制造方法。
背景技术：
通常，作为工业纱线的聚酯拉伸纱线是通过纺纱拉伸方法制造的，其中设置了一个骤冷延迟区I。
作为
图1中所示的一个具体常规技术，使用的方法是降低未拉伸纱线的取向特性从而提高拉伸特性，其中，在喷丝头1和骤冷腔室4之间设置了一个具有加热罩2和绝缘板3的垂直阵列的骤冷延迟区I。
在上述常规技术中，从喷丝头1挤出的熔融聚合物顺序通过高温加热罩2和绝缘板3从而进行单体吸收，然后在大多为开放式的骤冷腔室4中固化，从而制出未拉伸纱线。
然后向未拉伸纱线提供纺纱油，进行高速拉伸，制出拉伸纱线。
但是这种常规方法的问题是，如果提高纺纱速度，则未拉伸纱线的取向度会增大，固化点降低，骤冷不均匀，导致未拉伸纱线之间的均匀性变差。
由于未拉伸纱线之间的均匀性变差，所以拉伸过程中的拉伸特性也变差，导致拉伸纱线中产生紬丝而且质量降低。
因此，在常规方法中，对提高纺纱速度超过预定水平有限制，从而对产率的提高也有限制。
另一方面，在由常规方法制造的聚酯拉伸纱线中，热弛豫和收缩应力曲线上的热弛豫应力变化率和热弛豫应力面积比太大，因此，聚酯拉伸纱线的形态很容易受后加工过程中所施加热量和张力的影响而发生变化。
这样，当低收缩聚酯纱线对热量具有低的形态稳定性时，表现为在对产品进行涂布聚氯乙烯(PVC)的后处理过程中，在产品上出现褶皱(以下称为“褶皱现象”)，导致产品质量降低。
本发明一个目的是提供可以作为座椅固定带，坐垫套，防水油布等工业纱线的高强度低收缩聚酯拉伸纱线，因为它在后处理过程中表现出高形态稳定性。
本发明另一个目的是提供制造高强度低收缩聚酯拉伸纱线的方法，这种方法通过甚至在纺纱速度增加的情况下均匀控制熔融聚合物的固化点，在弛豫时均匀控制纱线张力或者同时使弛豫时固化点和纱线张力均匀的办法，能提高纱线对热和对张力的形态稳定性、拉伸特性和产率。
发明综述为了达到上述目的，本发明提供了一种高强度低收缩聚酯拉伸纱线，其制造方法是在273到295℃的纺纱温度下熔融和挤出聚对苯二甲酸乙二酯的固态聚合切片，抽拉熔融和挤出的聚合物，高强度低收缩聚酯拉伸纱线在最终温度设定为170℃的热弛豫和收缩应力曲线上具有5到100％的热弛豫应力变化率和50到140％的热弛豫应力面积比。
另外，本发明提供了一种通过直接纺纱拉伸过程制造高强度低收缩聚酯拉伸纱线的方法，其中，在喷丝头1和骤冷腔室4之间设置了具有加热罩2和绝缘板3的垂直阵列的骤冷延迟区I，此制造方法是，用设置在低于绝缘板3底面500到1500毫米处的上油装置8，向被纺的纱线附上纺纱油，用设置在弛豫区III的导丝辊之间的一个或两个张力导纱器9控制纱线的弛豫应力，或者同时设置上油装置8和张力导纱器9。
但是，还可以采用除上述内容以外的方法制造本发明的高强度低收缩聚酯拉伸纱线。因此，上述方法并不是对本发明高强度低收缩聚酯拉伸纱线范围的限制。
附图简要说明参考图，能更全面地说明本发明优选实施例的这些和其他特征，方式以及优点。其中图1所示是制造高强度低收缩聚酯拉伸纱线的常规方法示意图；图2到4所示是本发明制造高强度低收缩聚酯拉伸纱线的方法示意图；图5所示是本发明高强度低收缩聚酯拉伸纱线的热弛豫和收缩应力曲线；
图6所示是图5的热弛豫和收缩应力曲线，其中热应力面积(A)用斜线表示；图7所示是图5的热弛豫和收缩应力曲线，其中弛豫应力面积(B)用斜线表示。
发明详述以下具体说明本发明。
首先，本发明的聚酯拉伸纱线在后处理过程中具有非常好的形态稳定性，因为它在热弛豫和收缩应力曲线(最终温度170℃)上分别具有按照下述方法进行测量的5到100％的低热弛豫应力变化率和50到140％的低热弛豫应力面积比。
具体地说，上述本发明聚酯拉伸纱线能使因为后处理过程中所施加热量和张力而发生的形态变化最小，这是因为其随着热量或张力变化而发生收缩应力变化的速率较低。
当热弛豫应力变化率和热弛豫应力面积比不在上述范围内时，聚酯拉伸纱线对热量和张力的形态稳定性会减小，这是不好的。
优选本发明的聚酯拉伸纱线在170℃，初始负载0.11克/旦的测量条件下具有0.015到0.065克/旦的热应力，在170℃，初始负载0.01克/旦的测量条件下具有0.003到0.015克/旦的热应力，170℃时收缩应力的平均值是0.02到0.10克/旦。
优选本发明的聚酯拉伸纱线在150℃，初始负载0.11克/旦的测量条件下具有0.015到0.065克/旦的热应力，在150℃，初始负载0.01克/旦的测量条件下具有0.003到0.015克/旦的热应力，150℃时收缩应力的平均值是0.02到0.10克/旦。
优选本发明的聚酯拉伸纱线具有0.1800到0.2200的双折射(Δn)，44.0到55.0％的结晶度(Xc)，0.45到0.85的无定形取向度(fa)和0.905到0.945的晶体取向度(fc)。
优选本发明的聚酯拉伸纱线在170℃，2分钟，初始负载0.01克/旦的测量条件下具有0.10到1.60％的收缩率，在170℃，2分钟，初始负载0.10克/旦的测量条件下具有0到-1.5％的收缩率。结果是本发明的聚酯拉伸纱线具有高的强度和低的收缩。
另外，本发明的聚酯拉伸纱线对后处理过程和使用过程中所施加热量和张力具有非常好的形态稳定性，因此在受到附加热应力时表现出非常小的收缩偏差。因此，用本发明的聚酯拉伸纱线制造聚氯乙烯涂敷的防水油布时，能防止出现褶皱现象。
在本发明中，按照以下方法测量纱线的物理性质。
●收缩率(％)用Testrite Co.的Testrite MK-V仪器，在170℃，2分钟，一定张力(0.01克/旦或0.10克/旦)的条件下测量纱线收缩率。
●纺纱应力(克)使用张力仪在第一导丝辊6a顶端进行测量。
●热应力(克/旦)用Kanebo Engineering Co.制造的热应力测量仪器(型号KE-2)进行测量。加热速率设定为2.5℃/秒。使用KE-2的取样器和样品打结方法(KE-2用户手册)使样品形成10厘米的环形。施加20克(0.01克/旦)和220克(0.11克/旦)的初始负载。
热应力测量值是三次测量的平均值。
●热弛豫应力(克/旦)将样品加热至上述热应力测量方法中设定的最终温度(170℃)之后，测量热弛豫应力，此时用空气迅速冷却样品至30到40℃。
●热弛豫应力变化率(％)和热弛豫应力面积比(％)根据上述测量热弛豫应力和热应力的方法测量应力随着温度变化发生的变化，作出热弛豫和收缩应力曲线，最终温度设定为170℃。
将热弛豫和收缩应力曲线中获得的最大热应力(Fmax)和最小热应力(Fmin)代入以下等式(I)中，计算热弛豫应力变化率(％) 其中Fmax代表最大热应力，Fmin代表最小热应力，F1代表初始应力。
同时，从热弛豫和收缩应力曲线上划出弛豫应力面积B和热应力面积A，测量每部分面积的重量。然后，将测得值代入以下等式(II)，计算热弛豫应力面积比(％) ●收缩应力的平均值使用FTA-500测量最大收缩应力和最小收缩应力，然后求得其平均值。拉伸率设定为100％，腔室温度设定为150℃或170℃。腔室驻留时间设定为9.6秒。
●双折射(Δn)用干涉显微镜(型号JENAPOLUINTERPHAKO，由Carl-Zeiss Yena Co.，Germany制造)进行测量。通过以下等式求得双折射 其中R代表补偿延迟，S代表石英垫片延迟，D代表纤维直径。R和S的单位是纳米，D的单位是微米。
●强度/延伸率用INSTRONG拉伸测试仪(样品长度250毫米，拉伸速度300毫米/分)测量十次，求得平均值。
●密度(ρ)将拉伸纱线置于含有正庚烷和四氯化碳混合溶液的密度计(型号SS，Shibayama，Japan的产品)中，在25℃静置1天，测量密度。
●结晶度[Xc(％)]根据上述密度(ρ)，以聚酯完美晶体区域的理论密度(ρc＝1.457克/立方厘米)和完美无定形区域的密度(ρa＝1.336克/立方厘米)用以下等式求得结晶度 ●晶体取向度(Fc)用X射线衍射仪在晶体的(010)晶面和(100)晶面上进行方位角扫描，测量代表晶体取向特征的衍射峰FWHM(半高宽)，计算拉伸纱线的晶体取向度(Fc)。用FWHM按照以下等式计算晶体取向度 ●无定形取向度将上述结晶度(Xc)，晶体取向度(Fc)和双折射(Δn)代入以下等式，求得拉伸纱线的无定形取向度(Fa) 其中Δnc代表晶体的固有双折射(0.29)，Δna代表无定形相的固有双折射(0.20)。
下面，详细说明制造本发明高强度低收缩聚酯拉伸纱线的方法。
但是，还可以采用不同于下述内容的方法制造本发明的高强度低收缩聚酯拉伸纱线。因此，下述方法并不对本发明的范围进行限制。
首先，在273到295℃的纺纱温度下，将固有粘度是0.78到1.00的固态聚酯切片挤出通过喷丝头1。然后，使挤出的熔融聚合物通过具有加热罩2和绝缘板3的垂直阵列的骤冷延迟区I，使熔融聚合物的骤冷延迟。
优选将加热罩2的温度设定为250到350℃，其长度设定为200到400毫米，为的是通过平滑拉伸优化纱线产率，防止熔融聚合物分解，因而提高纱线强度。
优选绝缘板3的长度设定为60到300毫米，从而提高骤冷延迟效果，防止因为纺纱张力迅速降低而产生褶皱缺陷。
优选控制纱线在骤冷延迟区I中的驻留时间为0.02到0.08秒，用以发生骤冷延迟效果，优化拉伸特性，防止出现紬丝和纱线切断现象，从而提高可操作性。
然后，优选在骤冷腔室4中固化通过骤冷延迟区I的熔融聚合物，并同时用上油装置8将纺纱油施加在熔融聚合物上，或者在熔融聚合物于骤冷腔室4中固化之后用上油装置8将纺纱油施加在已固化的未拉伸纱线上，从而均匀控制熔融聚合物或未拉伸纱线单丝的固化点和物理特性。
上油装置8装在低于绝缘板3底面500到1500毫米的位置。如果与绝缘板3的距离小于500毫米，则纺纱油可能会变性或者熔融聚合物会迅速骤冷，导致未拉伸纱线的内层和外层变得不均匀，从而很难卷绕。另一方面，如果与绝缘板3的距离大于1500毫米，则骤冷延迟效果可能比较小。
更优选将纺纱速度控制在500到900米/分，而且控制纺纱张力低于0.3克/旦，为的是提高可操作性和纱线特性。
然后固化未拉伸纱线，按照上述方法施加纺纱油，在拉伸区II中第一导丝辊6a和第四导丝辊6d之间进行拉伸和热处理。
为了保持纱线通道和二次上油，可以将上油装置5装在第一导丝辊6a的顶部。
拉伸区II中的拉伸比优选控制为5到6倍，为的是提高纱线张力并防止出现紬丝。热处理温度优选控制为210到250℃，为的是提高耐热性、成形稳定性和可操作性。
然后，在150到220℃的弛豫温度和5到12％的弛豫率条件下，使通过拉伸区II的拉伸纱线在第四导丝辊6d和第六导丝辊6f之间的弛豫区III中弛豫，制出高强度低收缩聚酯拉伸纱线。优选弛豫温度和弛豫率在上述范围内，从而能很容易地降低纱线的弛豫应力，表现出低收缩特征并提高纱线产率。
更优选在弛豫区III的导丝辊之间设置一个或两个张力导纱器9，从而控制纱线的弛豫应力。
本发明的方法能够进行高程度的拉伸，因为未拉伸纱线的取向甚至在高纺纱速度情况下也能保持比较低。
而且，本发明的方法能均匀控制拉伸纱线的物理性质，并提高拉伸纱线的质量，因为本发明的方法能均匀控制未拉伸纱线的物理性质。
在图3所示的本发明中，上油装置8装在低于绝缘板3底面500到1500毫米的位置，能对正在纺的纱线施加纺纱油。但是，也可以不在弛豫区III的导丝辊之间设置和使用张力导纱器9。
另外，在图4所示的本发明中，有一个或两个张力导纱器9装在弛豫区III的导丝辊之间，从而控制纱线的弛豫应力。但是，也可以不在绝缘板3的低端安装上油装置8。
另外，在图2所示的本发明中，上油装置8可以安装在绝缘板3的低端位置，对正纺的纱线施加纺纱油，同时，可以在弛豫区III的导丝辊之间安装和使用一个或两个张力导纱器9。
上述本发明的方法能提高拉伸纱线对热量或张力的形态稳定性，从而减轻向防水油布上涂布聚氯乙烯(PVC)时出现的褶皱现象。
本发明还包括由上述高强度低收缩聚酯拉伸纱线制得的织物和聚氯乙烯(PVC)涂敷织物。
图中主要部件标志数字说明1喷丝头 2加热罩3绝缘板 4骤冷腔室4a骤冷网 5，8上油装置6a到6f.第一到第六导丝辊7卷绕机9张力导纱I骤冷延迟区II拉伸区III弛豫区A热应力面积B弛豫应力面积F1初始应力 Fmax最大应力 Fmin最小应力本发明优选实施方式以下通过一些实施例更具体地说明本发明，但是本发明并不限于这些实施例。
实施例1以273℃的纺纱温度，使固有粘度为0.79的固态聚对苯二甲酸乙二酯切片挤出通过喷丝头1。然后使挤出的熔融聚合物在通过骤冷延迟区I时发生延迟骤冷，骤冷延迟区中包括长度为300毫米，温度为300℃的加热罩2和长度为60毫米的绝缘板。
熔融聚合物在骤冷延迟区中的驻留时间是0.04秒，纺纱速度是600米/分。然后，在骤冷腔室4中固化熔融聚合物，骤冷腔室长度为1500毫米，同时用低于绝缘板600毫米位置处的上油装置8施加纺纱油，这样制出未拉伸纱线。然后，将未拉伸纱线拉伸5.65倍，并在240℃进行热处理，此时通过第一导丝辊6a到第四导丝辊6d。然后，以11％的弛豫率在170℃的弛豫温度下，使拉伸纱线弛豫，此时通过第四导丝辊6d到第六导丝辊6f，其间设置有张力导纱器9。然后将经过弛豫的纱线卷绕起来，制得1000旦的拉伸聚酯纱线。对制得聚酯拉伸纱线的各种物理特性的测试结果如表2中所示。
实施例2-实施例7按照与实施例1相同的方法和条件制造聚酯拉伸纱线，区别在于制造条件的变化如表1中所示。对制得聚酯拉伸纱线的各种物理性质的测试结果如表2中所示。
表2.拉伸纱线物理特性的测试结果
工业应用性在本发明中，因为甚至在高纺纱速度情况下也能均匀控制熔融聚合物的固化点，所以产率有所提高。
而且，由于拉伸特性好，所以纱线的物理特性和质量有所提高。而且，本发明的高强度低收缩聚酯拉伸纱线具有低热弛豫应力变化率和低热弛豫应力面积比，因此，对热量和张力的形态稳定性很好。因此，本发明的高强度低收缩聚酯拉伸纱线非常适合于作为制造座椅固定带，坐垫套等产品的工业纱线。
权利要求
1.一种高强度低收缩的聚酯拉伸纱线，其制造方法是在273到295℃的纺纱温度下熔融并挤出聚对苯二甲酸乙二酯的固态聚合切片，然后抽拉熔融和挤出的聚合物，其特征在于，高强度低收缩的聚酯拉伸纱线在最终温度设定为170℃的热弛豫和收缩应力曲线上，具有5到100％的热弛豫应力变化率和50到140％的热弛豫应力面积比。
2.如权利要求1所述的聚酯拉伸纱线，其特征在于，在170℃，0.11克/旦的初始负载条件下测得的热应力是0.015到0.065克/旦。
3.如权利要求1所述的聚酯拉伸纱线，其特征在于，在170℃，0.01克/旦的初始负载条件下测得的热应力是0.003到0.015克/旦。
4.如权利要求1所述的聚酯拉伸纱线，其特征在于，170℃时测得的收缩应力平均值是0.02到0.10克/旦。
5.如权利要求1所述的聚酯拉伸纱线，其特征在于，在150℃，0.11克/旦的初始负载条件下测得的热应力是0.015到0.065克/旦。
6.如权利要求1所述的聚酯拉伸纱线，其特征在于，在150℃，0.01克/旦的初始负载条件下测得的热应力是0.003到0.015克/旦。
7.如权利要求1所述的聚酯拉伸纱线，其特征在于，150℃时测得的收缩应力平均值是0.02到0.10克/旦。
8.如权利要求1所述的聚酯拉伸纱线，其特征在于，聚酯拉伸纱线的双折射(Δn)是0.1800到0.2200。
9.如权利要求1所述的聚酯拉伸纱线，其特征在于，聚酯拉伸纱线的结晶度(Xc)是44.0到55.0％。
10.如权利要求1所述的聚酯拉伸纱线，其特征在于，聚酯拉伸纱线的无定形取向度(fa)是0.45到0.85。
11.如权利要求1所述的聚酯拉伸纱线，其特征在于，聚酯拉伸纱线的晶体取向度(fc)是0.905到0.945。
12.如权利要求1所述的聚酯拉伸纱线，其特征在于，在170℃，2分钟，0.01克/旦的初始负载测量条件下测得的收缩率是0.10到1.60％。
13.如权利要求1所述的聚酯拉伸纱线，其特征在，在于170℃，2分钟，0.10克/旦的初始负载测量条件下测得的收缩率是0到-1.5％。
14.一种通过直接纺纱拉伸法制造高强度低收缩的聚酯拉伸纱线的方法，在喷丝头1和骤冷腔室4之间设置了具有加热罩2和绝缘板3垂直阵列的骤冷延迟区I，其特征在于，高强度低收缩的聚酯拉伸纱线的制造方法是用设置在低于绝缘板3底面500到1500毫米处的上油装置8向正纺的纱线施加纺纱油，用设置在弛豫区III的导丝辊之间的一个或两个张力导纱器9控制纱线的弛豫应力，或者同时设置上油装置8和张力导纱器9。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，加热罩2的温度是250到350℃，其长度是200到400毫米。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，绝缘板3的长度是60到300毫米。
17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，骤冷延迟区I中的纱线驻留时间是0.02到0.08秒。
18.如权利要求14所述的方法，其特征在于，纺纱张力小于0.3克/旦。
19.一种织物，它由权利要求1所述高强度低收缩的聚酯拉伸纱线制造。
20.一种涂敷聚氯乙烯(PVC)的织物，它由权利要求1所述高强度低收缩的聚酯拉伸纱线制造。
全文摘要
本发明公开了作为工业纱线的高强度低收缩聚酯拉伸纱线及其制造方法。这种高强度低收缩聚酯拉伸纱线在最终温度设定为170℃的热弛豫和收缩应力曲线上具有5％到100％的热弛豫应力变化率和50％到140％的热弛豫应力面积比。通过设置骤冷延迟区I的直接纺纱拉伸(DSD)过程制造高强度低收缩聚酯拉伸纱线的方法，是用设置在低于绝缘板3底面500到1500毫米处的上油装置8向正纺的纱线施加纺纱油，用设置在弛豫区III导丝辊之间的一个或两个张力导纱器9控制纱线的弛豫应力，或者同时设置上油装置8和张力导纱器9。
文档编号D01F6/62GK1671893SQ03817900
公开日2005年9月21日 申请日期2003年7月26日 优先权日2002年7月26日
发明者金允照, 李水真 申请人:株式会社可隆