聚对苯二甲酸丙二酯稳定卷装的制造方法

专利名称：聚对苯二甲酸丙二酯稳定卷装的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用于纺制和卷绕聚酯复丝纱的方法，该纱包括相对于该聚酯长丝总重量至少85重量％的聚对苯二甲酸丙二酯(PTT)。
背景技术：
人们已经熟知两阶段法的连续聚酯复丝纱生产，尤其是聚对苯二甲酸乙二酯(PET)复丝纱的生产。在第一阶段纺制并卷绕复丝纱，而在第二阶段中，将复丝纱拉伸成成品形状，并热定型或者另外拉伸-变形为膨体复丝纱。在这两个阶段之间，复丝纱的卷装可在高温下长期储存和运输而丝毫不影响该第二变形阶段的工艺条件以及产品的质量。
聚酯聚合物切片变换成织物时的第一步是，通过纺丝工艺制造合适的纱线。经纺丝工艺生产的最常见的纱是部分取向纱(POY)。变形工艺的经验引导我们朝延伸率大于100％的POY纱的方向努力。与PET相反，用聚对苯二甲酸丙二酯(PTT)通过常规工艺生产的纱已经造成许多实际问题。已经遇到的最严重的问题之一是，在卷绕成品纱的筒管上纱线的不稳定性。可观察到各种形式的这种纱线不稳定性，包括变形的卷装、作为时间函数的纱线性能改变、以及作为卷装深度函数的纱线性能改变。这些问题已经限制了在更下游的工艺中使用PTT。
与PET复丝纱相反，在刚纺丝后和在卷绕时以及在卷绕后数小时或数天后，聚对苯二甲酸丙二酯(PTT)复丝纱均有相当大的收缩倾向。这些收缩倾向导致该复丝纱缩短。从而纱线卷装被压缩使得，在极端情况下，不再能从卡盘上取下该纱线卷装。在长期存放或运输期间，尤其是在高温时，纱线卷装不再保持其所需的类似筒子纱形状，并形成有硬边的膨胀，该硬边不仅引起严重的退绕问题，而且导致纱线性能变差。例如乌斯特值极端增加。只有限制纱线卷装的重量小于2千克提供了一种对这些问题的补救，而这些问题在PET纱线生产期间通常不会发生。
另外，人们已经观察到，与PET复丝纱形成对照地，PTT复丝纱在储存期间老化到一种增加的程度。出现一种结构硬化，随时间改变了复丝纱的性能(例如，沸水收缩率和结晶度)。工业应用要求复丝纱随时间推移维持它们的性能，使得所述复丝纱的后续加工能连续进行并提供性能恒定的复丝纱。
WO 01/04393涉及一种方法，其中这些复丝纱用热的导丝辊进行热处理。但是在WO 01/04393中未公开用所述方法获得的纱线卷装的储存稳定性或者运输期间的稳定性。WO 01/04393方法的缺陷在于，其需要采用低纺丝速度。为了经济原因增加纺丝速度会减少复丝纱在热导丝辊处的接触时间，从而导致纱线卷装长期稳定性的下降。

发明内容
本发明是一种生产和卷绕聚酯纱、优选复丝纱的方法，该纱包括相对于该聚酯纱总重量至少85重量％的聚对苯二甲酸丙二酯(PTT)。该方法包括挤出PTT，将该PTT纺成纱，其中将该纱缠绕在至少一对导丝辊周围，并在它们被卷绕到筒管上之前，在70℃至180℃范围，优选80℃至120℃，并最优选90℃至110℃范围的某一温度热处理所述聚酯纱的长丝。完成此操作的办法是，加热本方法纺丝部分所用的导丝辊，优选最后一对导丝辊，以便加热缠绕在这些导丝辊周围长丝。这是为了松弛该纱，使得该卷装(卷绕机中筒管上缠绕的纱)在储存和/或运输期间不会显著收缩。优选的是，卷取速度为至少2000米/分钟，优选2500至4100米/分钟。还优选卷绕张力极低，即0.01至0.08克/旦尼尔，优选0.01到0.02克/旦尼尔。卷绕速度优选大于450米/分钟。


图1是一幅示意图，表示筒子纱状纱线卷装的常态形状，图2是一幅示意图，表示发生胀边和收缩的纱线卷装形状。
具体实施例方式
因此，有可能获得在储存期间具有长期稳定性的PTT纱线卷装，而且在储存和运输期间该卷装没有受到高温的不利影响。特别是，所述纱线卷装保持其纱线性能并且在更长时间例如11周里保持其类似筒子纱的形状。未再观察到储存期间纱线卷装的收缩和变形，特别是未再观察到收缩到形成带有硬边的膨胀的程度，从而在纱线卷装的加工中不发生退绕问题。
同时按照本发明的这种方法还可提供一系列的附加优点。这些优点尤其包括以下各项-本发明的方法能以一种简单的途径和方式，在大的工业规模上，并且经济地进行。特别是，这种方法允许以超过2000米/分钟的高卷取速度进行纺丝和卷绕。
-该方法可用更高速度即，大于3000米/分钟，甚至4000米/分钟的速度完成，并且该卷装变得很稳定，收缩减少，并且乌斯特值也显著地降低。
-可借助本方法获得的聚酯复丝纱能在拉伸或变形拉伸加工中被进一步按简单的途径和方式，在大的工业规模上，并以经济的方式加工。因此，能以大于450米/分钟的速度实施变形加工。
-当卷绕张力极低时，该卷装的稳定性及其拼装(build-up)是优良的。
-由于能用本方法获得的聚酯复丝纱的高度均匀性，从而可能提供一种类似筒子纱的卷装形状，这使聚酯复丝纱能进行一种均匀且近乎无缺陷的表面着色以及进一步加工。
-能用拉伸变形方法获得的复丝纱具有高抗张强度和高断裂伸长。
按照本发明，可使用任何类型的卷绕机，只要其可卷绕包括相对于该复丝纱总重量至少85重量％PTT的聚酯复丝纱，其中卷绕速度优选高于2000米/分钟。为了更为详细，可参考技术文献，尤其是由德国慕尼黑Hanser-Verlag出版，F.Fourné所著的教科书《合成长丝》(1995)。本领域公知的常规卷绕机允许在一个心轴上同时卷绕一股或多股复丝纱，特别是同时卷绕高达12股复丝纱，以便提高纺丝工艺的效率。
本发明还涉及一种方法，其用于生产和卷绕至少一种聚酯纱，优选复丝纱，该纱含有相对于该聚酯纱总重量至少约85重量％的聚对苯二甲酸丙二酯(PTT)。PTT已经是本领域公知的。聚对苯二甲酸丙二酯能通过对苯二甲酸与等克分子量的1，3-丙二醇进行缩聚反应获得。也能构思与其它聚酯的混合物。按照本发明，尤其优选使用PTT。
这些聚酯可为均聚物及共聚物。共聚物的合适实例非限定地包括除了重复的PTT单元还含有添加量相对于聚酯全部重复单元为至多15摩尔％常规共聚单体重复单元的共聚物，这些共聚单体例如是乙二醇、二乙二醇、二缩三乙二醇、1，4-环己烷二甲醇、聚乙二醇、间苯二甲酸和/或己二酸等。但是本发明中，尤其优选使用聚酯均聚物，即PTT。
按照本发明的聚酯可含常规量的额外添加剂作为掺和剂，例如催化剂、稳定剂、抗静电剂、抗氧化剂、阻燃剂、着色剂、着色剂吸收改性剂、光稳定剂、有机亚磷酸酯、荧光增白剂和消光剂。这些聚酯优选含相对于复丝纱总重量0-5重量％的添加剂。
在本发明意义上可用的聚酯优选是热塑性可成形的，而且能纺成长丝。因此，特性粘度在0.70dl/g至1.1dl/g范围的聚酯尤其有利。
本发明方法不限于特定类型的纺丝方法。可采用本领域公知的任何常规类型的纺丝方法。按照本发明的典型纺丝方法描述如下。
在按照本发明的方法中，能例如在一个挤出机中由聚合物切片制造熔体聚合物，因此特别有利的是，事先将切片干燥到含水量小于或等于30ppm，尤其是含水量小于或等于15ppm。通过旋转速度恒定的纺丝泵将熔融聚酯压入喷丝组件中，并经组件上喷丝板的喷丝板孔挤出，成为熔融的长丝，其中以能获得所需丝线纤度的方式按照已知的计算公式调节纺丝泵旋转速度。随后将挤出的长丝冷却到低于固化温度的温度。用于本发明的目的，该固化温度是熔体变成固态时的温度。
按照本发明，已经证明将这些丝冷却到其基本上不再发粘的温度是尤其合适的。将这些丝冷却到低于它们结晶温度的温度，特别是冷却到低于它们玻璃化转变温度的温度是特别有利的。由现有技术已知各种骤冷或冷却丝的方法。在以均一速率向纱供应所需量纺丝油剂的加油针处集束这些长丝。按照本发明，优选在卷绕前缠结这些复丝纱。
使用第一导丝辊系统抽取集束的纱，并将这些纱导向卷绕机。在纱于卷绕机组件中被卷绕在纱管(筒管)上形成卷装之前，可采用另外的导丝辊系统。这些可选择的另外导丝辊系统可被包括以便用于纱线的拉伸、热定型和松弛。
按照本发明，聚酯复丝纱在它们进行卷绕之前在70-180℃，优选在80-120℃，并最优选再90-110℃范围内的一个温度进行热处理，其中所述热处理可用加热的导丝辊，优选最后一对导丝辊完成。还可以用热气体、加热的接触辊和辐射热加热纱线。
本发明的方法允许生产具有类似筒子纱形状的纱线卷装，如图1示意所示，该解说明了卷绕在筒管2上的稳定卷绕的卷装1。不会再观察到，如图2中所示的(其图示了卷绕在筒管4上的不稳定卷绕的卷装3)，储存期间的纱线卷装收缩和变形，特别是收缩到纱线卷装不再能从卡盘上取下，并且形成带硬边的膨胀部，使得纱线卷装在随后的加工期间不发生退绕问题。由此，用本发明方法获得的聚酯卷装储存期间呈现提高了的长期稳定性，而且对储存和运输期间的高温不敏感。特别是，甚至在储存更长时间例如11周的时期内，它们仍保持了它们的理想性能和类似筒子纱的形状。
为了按照本发明设定卷绕张力，POY的卷绕速度有利地比卷取速度低0-5％。优选选择一种低于纺丝卷取速度0-1％的卷绕速度。该卷取速度优选是大于2000米/分钟，更多优选大于3000米/分钟，尤其是大于4000米/分钟。
与现有技术的聚酯复丝纱相比，可用本发明方法获得的聚酯复丝纱呈现更优良的性能。优选它们呈现大于60％至145％，优选80至130％范围内的断裂伸长，和0至10％尤其是0至5％范围的沸水收缩率。这允许随后以一种简单的方式在大的工业规模上且以经济的方式在拉伸或拉伸变形工艺中加工。因此以大于450米/分钟的速度进行变形。能用拉伸变形方法获得的复丝纱具有高抗张强度和高断裂伸长，低的毛细管断裂和沸腾温度下均匀的染色性。
用于测定材料参数的分析方法是本领域技术人员熟知的。由技术文献，例如由WO 99/07927可认识它们。
按照DIN 51562用Schott公司出产的粘度计测量特性粘度，并且按照已知公式Billmeyer方程计算该粘度。用苯酚/1，2-二氯苯按照1∶1的重量比的混合物作为溶剂。该溶液的浓度为100毫升溶液中加入0.5克PTT。
用Perkin Elmer公司出产的DSC量热仪测定熔点，并测定结晶温度和玻璃化转变温度。因此，这种情况下，首先将样品加热到280℃并熔化，然后骤冷。在20℃至280℃的范围内以10K/min的加热速度进行这种DSC测量。用处理器决定该温度值。
丝的密度测定在230.1℃的密度/梯度柱中进行。使用两种不同浓度的溴化钠(以便固定(bracket)准备测试的材料的密度)。密度测定的结果可用于结晶度的计算，因为无定形聚酯的密度Da和结晶聚酯的密度Dk要作为计算的基础。由该文献可知相应的计算；例如以下是对PTT有效的Da＝1.295克/厘米3且Dk＝1.429克/厘米3。
用精密测长纱框机和称重装置以公知的方式(DIN EN ISO 2060)测定纤度。从而对于长丝，预应力合适地等于0.05cN/dtex。
采用DIN EN ISO 5079测试规程在由Textechno提供的Statimat仪器中测量抗张强度和断裂延伸率。该抗张强度由最大断裂负载值除以纤度确定，而该断裂延伸率用最大负载时的值评价。
为了测定沸水收缩率，在95±1℃的水中以无张力方式处理丝束10±1分钟(ASTM D4301)。对POY来说，用卷取机以0.05cN/dtex的预应力制造这些丝束。在进行该温度处理之前和之后，以0.2cN/dtex进行这些丝束的长度测定。由这些长度差以公知的方式评定沸水收缩率。
用Fa.Zellweg(CH-8610瑞士)出产的Uster 4试验仪测定标准乌斯特值，并表达为乌斯特％值。
用以下程序测定该收缩率1.测量POY纱的分特(旦尼尔)值2.用方程5000dtex/POY dtex/2计算需要绕多少圈才能获得一绞总分特数为5000的绞纱3.在绞纱上悬挂25克的重量4.测量该绞纱的初始长度-LO5.将该绞纱和该重量一起放在60℃的恒温烘箱中15分钟6.从该烘箱中取出绞纱并将其置于室温中7.测量绞纱的新长度-LF8.用以下公式计算收缩率％收缩率＝(LF-LO)/LO×100将用实施例和一个对比例举例说明本发明，但本发明不限于这些实施例1以下表1给出了挤出、纺丝和卷绕操作条件的细节。这种情况下的挤出机是通用的螺杆挤出机，其具有24的长径比并且在挤出机的末端为针型混合(pin type mixing)。这种类型的挤出机为聚酯纺丝提供可接受的混合。
表1.操作条件细目表


表1(续表)


这些实验中使用的纱为一种120dtex/36的纱。表2综合了速度、切变速率和喷头拉伸倍数的信息。
表2.作为速度的函数的操作参数

切变速率(秒-1)＝4Q/(ρπr**3)其中，Q＝流速(g/sec)
R＝毛细管半径(cm)p＝熔体密度，～1.14g/cc在以上等式中，未考虑rabinowitsch修正。
喷头拉伸倍数＝导丝辊1的速度/毛细管出口处的纱速度实施例2在这一组实验中，加热第二导丝辊对。使用2750米/分钟(米/分钟)的纺丝速度，以便获得100％的延伸率。本实施例中的主变量是导丝辊的温度和(纱绕导丝辊的)缠绕数。表3详细列出了各种变量及所得到的结果。从数据得出的一个非常重要的观察结论是，当卷绕张力极低时，约0.01至0.02克/旦尼尔，PTT的卷装成形非常出色。而且，收缩率测量显示，在合理的温度下，会需要最少3.5圈以便将收缩率降低到接近于0。
在100℃到110℃的温度范围内，将圈数增加到5.5或7.5会得到非常低的收缩率。该结果显示，在2750米/分钟时，和不加热导丝辊的工艺相比，使用加热导丝辊的工艺路线降低收缩率约8-10％。在温度或缠绕数增加时，强度略有下降。乌斯特值随着缠绕数或温度增加而增加。
表3.导丝辊2温度和缠绕数对纱性能的影响

表3.(续表)

实施例3在本实施例中，加热第一导丝辊对，而将第二导丝辊对保持室温。将卷绕速度设定为2600米/分钟，以便与2750米/分钟的纺丝速度相比获得略微更高的延伸率。另外，在第一导丝辊对之前放置交络装置，以便在储存和进一步加工中增加纤维的整体性。
表4列出了所用参数的细节和在本实施例中获得的结果。这些结果表明，当象第二对导丝辊被加热时那样加热第一对导丝辊时，得到类似的结果。90和100℃之间的导丝辊温度导致收缩明显减少。这种情况下延伸率和强度的降低比加热第二对导丝辊小得多。另一方面，在使收缩率实质性降低的温度范围内，乌斯特值更多地增加。
表4.导丝辊1的温度变化对纱性能的影响

实施例4本实施例的目的是了解，当加热导丝辊对时，卷绕速度对乌斯特值的影响。结果列于表5。3000米/分钟时，该过程变得更加稳定，并且这导致乌斯特值更低。这种方法的主要缺点是，在提高卷绕速度时，延伸率也降低。
表5.加热导丝辊1时速度对纱线性能的影响

实施例5本实施例的目的是，测定在约4000米/分钟或更高的高速，获得稳定卷装情况下的纺丝值。已有的不加热纱线的经验表明，约4000米/分钟的纺丝会产生大约10％至15％的收缩。在本实验中，加热第二对导丝辊并且温度由95℃变化到140℃。表6列出了实验安排的细节和获得的纱线性能。发现通过提高温度，该工艺过程变得更稳定，产生更好的乌斯特值。在4000米/分钟时，提高温度对延伸率的影响最小。
表6.高速和加热导丝辊2对纱线性能的影响

权利要求
1.一种聚酯纱的纺丝和卷绕方法，该聚酯纱包括相对于该聚酯纱总重量至少85重量％的聚对苯二甲酸丙二酯，其中所述方法包括，挤出聚对苯二甲酸丙二酯、将该聚对苯二甲酸丙二酯纺成纱，和卷绕所述纱线，在纺纱中将该纱围绕至少一对导丝辊缠绕，通过在纺制该纱期间加热至少一对导丝辊而在70℃至180℃范围的温度热处理所述纱。
2.权利要求1的方法，其中该纱是复丝纱。
3.权利要求1或2的方法，其中在卷绕之前，在80℃至120℃范围的某一温度热处理该纱。
4.权利要求3的方法，其中在卷绕之前，在90℃至110℃范围的某一温度热处理该纱。
5.权利要求1至4中任何一项的方法，其中存在多于一个导丝辊对，而且通过加热第一导丝辊对热处理该纱。
6.权利要求1至5中任何一项的方法，其中存在多于一个导丝辊对，而且通过加热第一导丝辊对后面的导丝辊对中的至少一个导丝辊对而热处理该纱。
7.权利要求6的方法，其中存在二对导丝辊，而且通过加热第二导丝辊对而热处理该纱。
8.权利要求1至7中任何一项的方法，其中卷绕张力在0.01克/旦尼尔(gm/denier)至0.08克/旦尼尔的范围内。
9.权利要求1至8中任何一项的方法，其中纺丝步骤期间的卷取速度大于2000米/分钟。
10.一种聚酯纱的纺丝和卷绕方法，该聚酯纱包括相对于该聚酯纱总重量至少约85重量％的聚对苯二甲酸丙二酯，其中所述方法包括，挤出聚对苯二甲酸丙二酯，将该聚对苯二甲酸丙二酯纺成纱和卷绕所述纱，在卷绕前用热气体、加热的接触辊或辐射热在70℃至180℃范围的某一温度热处理所述纱。
全文摘要
一种聚酯纱、优选复丝纱的生产和卷绕方法，该纱包括相对于该聚酯纱总重量至少85重量％的聚对苯二甲酸丙二酯(PTT)，其中所述方法的特征在于，所述聚酯纱的长丝在其卷绕到筒管上之前，在70℃至180℃范围的温度进行热处理。完成此操作的办法是，加热本方法纺丝部分所用的导丝辊，优选最后一对导丝辊，以便使这些纱线松弛，使得纱线卷装在储存和/或运输期间不会显著收缩。
文档编号D01D7/00GK1633529SQ03804157
公开日2005年6月29日 申请日期2003年2月19日 优先权日2002年2月20日
发明者休斯顿·S·布朗, 米谢勒·比斯凯米, 蔡和兴, 凯拉什·丹加雅奇, 凯思琳·S·吉布勒, 汉斯约格·迈泽, 阿德里亚诺·B·潘盖利南, 迪特尔·维默尔 申请人:国际壳牌研究有限公司