用於紡制復絲紗的噴絲頭的製作方法
2023-06-16 16:48:16
用於紡制復絲紗的噴絲頭的製作方法
【專利摘要】為了減少以高拉伸比率被拉伸的復絲紗的紡制期間的斷絲，使用一種噴絲頭，該噴絲頭包括第一組帶毛細管的紡絲孔和第二組帶毛細管的紡絲孔，其中第二組紡絲孔的毛細管具有比第一組紡絲孔的毛細管要低的L/D比率，其中所有毛細管都具有相同直徑，並且其中毛細管的直徑在100μm以下。
【專利說明】用於紡制復絲紗的噴絲頭
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種具有多個紡絲孔的噴絲頭，所述紡絲孔具有L/D比率不同的毛細管。本發明還涉及一種用於製造復絲紗的方法。此外，本發明涉及一種復絲紗，其中直徑比平均直徑要小的絲的數量得以減少。
【背景技術】
[0002]用於紡制復絲紗的方法是眾所周知的。通常，這些方法包括經包括多個帶毛細管的紡絲孔的噴絲頭擠出聚合物熔體或聚合物溶液的步驟，其中所有帶毛細管的紡絲孔都具有相同尺寸。在處理條件接近最大允許條件的過程中，至關重要的是所有絲都具有相同尺寸。然而，由於紡制過程中的不可控異常情況，即使所有紡絲孔都具有相同尺寸，也並非所有絲都具有相同尺寸。存在直徑比平均直徑小的絲，和直徑比平均直徑大的絲。尤其是對於尺寸比平均尺寸小的絲而言，某些處理條件超出限度。處理條件可與最小絲的極限相適應，但這種情況下所述條件低於對於所有其它絲而言的最佳條件。
[0003]例如，可利用高拉伸比率和/或直徑較小的毛細管來獲得復絲紗中直徑較小的絲。直徑較小的絲能以更均勻的方式固化，因而減小絲的芯部和表皮之間的例如聚合物取向的差異。各絲中減小的芯部-表皮差異可在復絲紗中產生更高的強度。直徑較小的絲在防彈應用中也是優選的，因為由包括直徑較小的絲的復絲紗製成的織物具備提高的防彈性倉泛。
[0004]直徑較小的毛細管僅在一定程度上是可能的並且因此還採用高拉伸比率。這樣，在許多情況下，在紡制期間在復絲紗中觀察到大量斷絲，這會引起復絲紗的機械性能不足。當斷絲纏繞在輥子周圍或粘在紡制生產線的其它設備上時，甚至不得不中斷紡制過程。絲的紡制也可能變得不穩定，從而得到沿其長度方向橫截面積大幅變化的絲。
[0005]本發明的目的是提高用於紡制復絲紗的紡制工藝的性能並改善復絲紗的絲橫截面積分布和/或復絲紗的性能。
【發明內容】
[0006]本發明的目的由一種噴絲頭實現，所述噴絲頭具有第一表面和平行於第一表面的第二表面，其中所述噴絲頭包括多個紡絲孔，每個紡絲孔都包括進入開口、圓錐形的通道和圓柱形的毛細管，其中所有毛細管的出口側都位於噴絲頭的第二表面的平面中，其中噴絲頭至少包括第一組帶毛細管的紡絲孔和第二組帶毛細管的紡絲孔，其中第二組紡絲孔的毛細管具有比第一組紡絲孔的毛細管要低的L/D比率，其中所有毛細管都具有相同直徑，並且其中所有毛細管的直徑都在100 μ m以下。
[0007]單組紡絲孔內的毛細管具有在噴絲頭製造極限內為恆定的長度。一般而言，一組紡絲孔中的毛細管的長度差的差值不超過15 μ m,優選不超過10 μ m,更優選不超過5 μ m。
[0008]在不受理論約束的情況下，認為復絲紗紡制期間的斷絲主要發生在那些承受最高拉伸比率的擠出的絲中。[0009]絲的拉伸比率應理解為意指絲在紡制線中的第一速度受控輥子處(其固定復絲紗的速度)的絲速與聚合物流體在毛細管(絲由該毛細管擠出)的出口側的表觀速率之間的比率。可如此計算表觀速率:從毛細管的出口側擠出的聚合物流體的體積除以毛細管的橫截面積。
[0010]類似地，復絲紗的平均拉伸比率是復絲紗在紡制線的固定復絲紗速度的第一速度受控輥子處的速度與聚合物流體在由其擠出絲的所有毛細管的出口側的平均表觀速率之間的比率。可如此計算聚合物流體的平均表觀速率:從噴絲頭擠出的聚合物流體的總體積除以噴絲頭中的所有毛細管的橫截面積之和。
[0011]由於復絲紗中的所有絲的速度在紡制線的第一速度受控輥子處被固定，因此在從聚合物流體的表觀速率最低的毛細管擠出的絲中觀察到最高的拉伸比率。
[0012]根據本發明的噴絲頭減小了易於斷裂的絲中的拉伸比率。在具有L/D比率較低的毛細管的第二組紡絲孔的毛細管中，聚合物流體的表觀速率增大以減小從第二組紡絲孔擠出的絲的拉伸比率。
[0013]噴絲頭中的多個紡絲孔優選位於一個或多個區域內，每個區域都包括多個紡絲孔。優選地，該噴絲頭包括至少2個區域，更優選至少4個區域，最優選至少8個區域。優選地，噴絲頭中的每個區域都包括至少25個紡絲孔，更優選50個，更加優選至少70個，最優選100個紡絲孔。優選地，噴絲頭中的每個區域都包括最多1000個紡絲孔，更優選最多750個，更加優選最多500個，最優選最多250個紡絲孔。
[0014]紡絲孔能以任意期望的空間分布存在於噴絲頭的每個區域內。紡絲孔可例如以同心圓或平行的列存在於噴絲頭中。當紡絲孔以平行的列存在時，紡絲孔可形成正方形圖案，其中紡絲孔限定出正方形的角部並且正方形的邊平行於各列紡絲孔。或者，紡絲孔可成交錯的列存在，其中相鄰列中的紡絲孔互相偏置，優選偏離一個列中的紡絲孔之間的距離的50%。
[0015]第二組帶毛細管的紡絲孔可成單行紡絲孔存在，或者可優選位於各區域的至少一個、一部分或全部外邊緣處。已觀察到，在用於紡制復絲紗的工藝中，絕大多數斷絲發生在從位於噴絲頭區域的外邊緣處的紡絲孔擠出的絲中。
[0016]在另一實施例中，噴絲頭包括三組帶毛細管的紡絲孔，其中第三組紡絲孔的毛細管的L/D比率比第一組紡絲孔的毛細管要低，並且其中第三組紡絲孔的毛細管的L/D比率比第二組紡絲孔的毛細管要高。優選地，第二組紡絲孔位於各區域的外邊緣處，第一組紡絲孔位於各區域的中央部，而第三組紡絲孔位於第一組毛細管與第二組紡絲孔之間。
[0017]該噴絲頭甚至可包括多於三組紡絲孔，每組都具有L/D比率不同的毛細管，以最大限度地減少紡制期間的斷絲和/或優化絲橫截面積的分布和/或復絲紗的性能。優選地，毛細管L/D比率最高的紡絲孔位於各區域的中央，而毛細管L/D比率最低的紡絲孔優選位於各區域的外邊緣處。噴絲頭的各區域內的其它組帶毛細管的紡絲孔以下述方式位於毛細管L/D比率最高的一組紡絲孔與毛細管L/D比率最低的一組紡絲孔之間:毛細管L/D比率從該區域的中央往該區域的外邊緣減小。
[0018]在一優選實施例中，第二組紡絲孔的毛細管的L/D比率比第一組紡絲孔的毛細管的L/D比率小至少10%，優選小至少25%，更優選小至少40%，最優選小至少50%。
[0019]第一組紡絲孔的毛細管的L/D比率優選為至少1.00，更優選為至少1.25，更加優選為至少1.75，最優選為至少2.00。第二組紡絲孔的毛細管的L/D比率優選在1.75以下，更優選在1.50以下，更加優選在1.25以下，最優選在1.00以下。
[0020]在一實施例中，第二組紡絲孔的毛細管的直徑等於第一組紡絲孔的毛細管的直徑，並且如果適用的話等於第三組以及其他組的紡絲孔的毛細管的直徑。毛細管的直徑相等應理解為意指毛細管具有在噴絲頭製造限度內相等的直徑。一般而言，噴絲頭中的毛細管的直徑之間的差不超過2 μ m，優選不超過I μ m。
[0021]毛細管的直徑可不超過100 μ m,優選不超過75 μ m,更優選不超過60 μ m,更加優選不超過50 μ m,最優選45 μ m。毛細管的直徑優選為至少10 μ m,更優選為至少20 μ m,最優選為至少30 μ m。
[0022]根據本發明的噴絲頭可有利地用於製造復絲紗。該噴絲頭尤其有利於製造這樣的復絲紗:其中承受過高拉伸比率的絲較少；其中，復絲紗中的單根絲的最小橫截面積為復絲紗中所有絲的平均橫截面積的至少75%、優選至少80%、更優選至少85%、最優選至少90%。
[0023]其中橫截面積小的絲的數量得以減少的復絲紗通常將呈現偏度在O以上的絲橫截面積分布。優選地，復絲紗中的絲橫截面積的分布具有大於0.25、優選大於0.40、更優選大於0.50、最優選大於0.60的偏度。
[0024]通過下述方法確定復絲紗中的絲的橫截面積的分布:在由按重量計四份BuehlerEpoheat環氧樹脂和按重量計一份Buehler Epoheat環氧固化劑組成的透明環氧樹脂複合物中嵌入一段復絲紗。將樹脂複合物在樣品管中於40°C下固化至少8小時。利用Isomet5000金剛石切割器從包括該段復絲紗的固化樹脂中切割下2mm的切片。使用P1200、P2500和P4000金剛砂砂紙研磨該切片，直至該切片具有Imm的厚度，並且隨後使用White Felt拋光布和從5 μ m到I μ m的Micropolish Alpha氧化招懸浮液在兩側進行拋光。最後，使用Chemomet拋光布和0.05 μ m的Masterprep氧化招懸浮液在兩側對切片進行拋光。將切片傳遞到具有20倍物鏡的顯微鏡中，並且暴露於UV光。利用圖像分析軟體確定絲的橫截面積，直至已評價100根單獨的絲，並且可根據標準統計方法來確定復絲紗中的絲橫截面積的分布。
[0025]偏度在統計分析中是公知的，並且是分布不對稱的一種度量。偏度可為正、負或零。定性地講，正偏度表示分布的較低值的尾部小於較高值的尾部。負偏度表示分布的較低值的尾部大於較高值的尾部。零值表示值均勻地分布在平均值的兩側，典型地，該分布是對稱的。
[0026]可利用下式計算復絲紗中的絲的橫截面積的分布偏度
[0027]
【權利要求】
1.一種噴絲頭(100)，所述噴絲頭具有第一表面(111)和平行於所述第一表面(111)的第二表面(112)，其中所述噴絲頭(100)包括多個紡絲孔，每個紡絲孔包括進入開口( 121、122)、圓錐形的通道(131、132)和圓柱形的毛細管(141、142)，其中所有所述毛細管的出口側位於所述噴絲頭(100)的所述第二表面(112)的平面內，其中所述噴絲頭(100)至少包括第一組帶毛細管(141)的紡絲孔和第二組帶毛細管(142)的紡絲孔，其中所述第二組紡絲孔的毛細管(142)具有比所述第一組紡絲孔的毛細管(141)要低的L/D比率，其中所有毛細管(141、142)都具有相同的直徑，並且其中所有毛細管的直徑都在IOOym以下。
2.根據權利要求1所述的噴絲頭，其特徵在於，多個所述帶毛細管的紡絲孔在至少一個區域內位於所述噴絲頭中，每個所述區域包括多個帶毛細管的紡絲孔，並且第二組毛細管位於每個區域的至少一個外邊緣處。
3.根據權利要求1至2中任一項所述的噴絲頭，其特徵在於，所述噴絲頭包括三組帶毛細管的紡絲孔，所述第三組紡絲孔的毛細管(143)具有比所述第一組紡絲孔的毛細管(141)要低的L/D比率，並且所述第三組紡絲孔的毛細管(143)具有比所述第二組紡絲孔的毛細管(142)要高的L/D比率。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的噴絲頭，其特徵在於，所述第二組毛細管位於每個所述區域的至少一個外邊緣處，所述第一組毛細管位於每個所述區域的中央部，並且所述第三組毛細管位於所述第一組毛細管與所述第二組毛細管之間。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的噴絲頭，其特徵在於，所述第二組紡絲孔的毛細管的L/D比率比所述第一組紡絲孔的毛細管的L/D比率小至少10%，優選小至少25%，更優選小至少40%，最優選小至少50%。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的噴絲頭用於製造復絲紗的應用。
7.根據權利要 求6所述的噴絲頭的應用，其特徵在於，所述復絲紗中的單根絲的最小橫截面積為所述復絲紗中的所有絲的平均橫截面積的至少75%、優選至少80%、更優選至少85%、最優選至少90%。
8.根據權利要求6所述的噴絲頭的應用，其特徵在於，所述復絲紗中的絲橫截面積的分布具有大於0.25的偏度。
9.一種用於製造復絲紗的方法，其中所述復絲紗中的單根絲的最小橫截面積為所述復絲紗中的所有絲的平均橫截面積的至少75%、優選至少80%、更優選至少85%、最優選至少90%，所述方法的特徵在於，經根據權利要求1至5中任一項所述的噴絲頭擠出聚合物流體以獲得擠出的絲。
10.一種用於製造復絲紗的方法，其中所述復絲紗中的絲橫截面積的分布具有大於0.25的偏度，所述方法的特徵在於，經根據權利要求1至5中任一項所述的噴絲頭擠出聚合物流體以獲得擠出的絲。
11.根據權利要求9或10所述的方法，其特徵在於，所述聚合物流體為聚合物熔體或聚合物在溶劑中的溶液。
12.根據權利要求9至11中任一項所述的方法，其特徵在於，所述聚合物流體為對位芳綸的酸溶液。
13.一種復絲紗，其特徵在於，所述復絲紗中的單根絲的最小橫截面積為所述復絲紗中的所有絲的平均橫截面積的至少75%，優選至少80%，更優選至少85%，最優選至少90%。
14.一種復絲紗，其特徵在於，所述復絲紗中的絲橫截面積的分布具有大於0.25的偏 度。`
【文檔編號】D01F6/60GK103874791SQ201280048780
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年10月2日 優先權日:2011年10月5日
【發明者】L·A·G·比舍, M·J·A·亞斯韋爾德 申請人:帝人芳綸有限公司