高強度低收縮的聚酯拉伸紗線及其製造方法
2023-07-13 01:45:51 1
專利名稱：高強度低收縮的聚酯拉伸紗線及其製造方法
技術領域：
本發明涉及用來製造座椅固定帶，坐墊套，防水油布，廣告標誌牌等產品的高強度低收縮聚酯拉伸紗線及其製造方法。更具體地說，本發明涉及因為在後處理過程中對拉伸紗線施加的熱處理溫度和張力，而使其形態變化最小，即具有高形態穩定性的高強度低收縮聚酯拉伸紗線及其製造方法。
背景技術：
通常，作為工業紗線的聚酯拉伸紗線是通過紡紗拉伸方法製造的，其中設置了一個驟冷延遲區I。
作為
圖1中所示的一個具體常規技術，使用的方法是降低未拉伸紗線的取向特性從而提高拉伸特性，其中，在噴絲頭1和驟冷腔室4之間設置了一個具有加熱罩2和絕緣板3的垂直陣列的驟冷延遲區I。
在上述常規技術中，從噴絲頭1擠出的熔融聚合物順序通過高溫加熱罩2和絕緣板3從而進行單體吸收，然後在大多為開放式的驟冷腔室4中固化，從而制出未拉伸紗線。
然後向未拉伸紗線提供紡紗油，進行高速拉伸，制出拉伸紗線。
但是這種常規方法的問題是，如果提高紡紗速度，則未拉伸紗線的取向度會增大，固化點降低，驟冷不均勻，導致未拉伸紗線之間的均勻性變差。
由於未拉伸紗線之間的均勻性變差，所以拉伸過程中的拉伸特性也變差，導致拉伸紗線中產生紬絲而且質量降低。
因此，在常規方法中，對提高紡紗速度超過預定水平有限制，從而對產率的提高也有限制。
另一方面，在由常規方法製造的聚酯拉伸紗線中，熱弛豫和收縮應力曲線上的熱弛豫應力變化率和熱弛豫應力面積比太大，因此，聚酯拉伸紗線的形態很容易受後加工過程中所施加熱量和張力的影響而發生變化。
這樣，當低收縮聚酯紗線對熱量具有低的形態穩定性時，表現為在對產品進行塗布聚氯乙烯(PVC)的後處理過程中，在產品上出現褶皺(以下稱為「褶皺現象」)，導致產品質量降低。
本發明一個目的是提供可以作為座椅固定帶，坐墊套，防水油布等工業紗線的高強度低收縮聚酯拉伸紗線，因為它在後處理過程中表現出高形態穩定性。
本發明另一個目的是提供製造高強度低收縮聚酯拉伸紗線的方法，這種方法通過甚至在紡紗速度增加的情況下均勻控制熔融聚合物的固化點，在弛豫時均勻控制紗線張力或者同時使弛豫時固化點和紗線張力均勻的辦法，能提高紗線對熱和對張力的形態穩定性、拉伸特性和產率。
發明綜述為了達到上述目的，本發明提供了一種高強度低收縮聚酯拉伸紗線，其製造方法是在273到295℃的紡紗溫度下熔融和擠出聚對苯二甲酸乙二酯的固態聚合切片，抽拉熔融和擠出的聚合物，高強度低收縮聚酯拉伸紗線在最終溫度設定為170℃的熱弛豫和收縮應力曲線上具有5到100％的熱弛豫應力變化率和50到140％的熱弛豫應力面積比。
另外，本發明提供了一種通過直接紡紗拉伸過程製造高強度低收縮聚酯拉伸紗線的方法，其中，在噴絲頭1和驟冷腔室4之間設置了具有加熱罩2和絕緣板3的垂直陣列的驟冷延遲區I，此製造方法是，用設置在低於絕緣板3底面500到1500毫米處的上油裝置8，向被紡的紗線附上紡紗油，用設置在弛豫區III的導絲輥之間的一個或兩個張力導紗器9控制紗線的弛豫應力，或者同時設置上油裝置8和張力導紗器9。
但是，還可以採用除上述內容以外的方法製造本發明的高強度低收縮聚酯拉伸紗線。因此，上述方法並不是對本發明高強度低收縮聚酯拉伸紗線範圍的限制。
附圖簡要說明參考圖，能更全面地說明本發明優選實施例的這些和其他特徵，方式以及優點。其中圖1所示是製造高強度低收縮聚酯拉伸紗線的常規方法示意圖；圖2到4所示是本發明製造高強度低收縮聚酯拉伸紗線的方法示意圖；圖5所示是本發明高強度低收縮聚酯拉伸紗線的熱弛豫和收縮應力曲線；
圖6所示是圖5的熱弛豫和收縮應力曲線，其中熱應力面積(A)用斜線表示；圖7所示是圖5的熱弛豫和收縮應力曲線，其中弛豫應力面積(B)用斜線表示。
發明詳述以下具體說明本發明。
首先，本發明的聚酯拉伸紗線在後處理過程中具有非常好的形態穩定性，因為它在熱弛豫和收縮應力曲線(最終溫度170℃)上分別具有按照下述方法進行測量的5到100％的低熱弛豫應力變化率和50到140％的低熱弛豫應力面積比。
具體地說，上述本發明聚酯拉伸紗線能使因為後處理過程中所施加熱量和張力而發生的形態變化最小，這是因為其隨著熱量或張力變化而發生收縮應力變化的速率較低。
當熱弛豫應力變化率和熱弛豫應力面積比不在上述範圍內時，聚酯拉伸紗線對熱量和張力的形態穩定性會減小，這是不好的。
優選本發明的聚酯拉伸紗線在170℃，初始負載0.11克/旦的測量條件下具有0.015到0.065克/旦的熱應力，在170℃，初始負載0.01克/旦的測量條件下具有0.003到0.015克/旦的熱應力，170℃時收縮應力的平均值是0.02到0.10克/旦。
優選本發明的聚酯拉伸紗線在150℃，初始負載0.11克/旦的測量條件下具有0.015到0.065克/旦的熱應力，在150℃，初始負載0.01克/旦的測量條件下具有0.003到0.015克/旦的熱應力，150℃時收縮應力的平均值是0.02到0.10克/旦。
優選本發明的聚酯拉伸紗線具有0.1800到0.2200的雙折射(Δn)，44.0到55.0％的結晶度(Xc)，0.45到0.85的無定形取向度(fa)和0.905到0.945的晶體取向度(fc)。
優選本發明的聚酯拉伸紗線在170℃，2分鐘，初始負載0.01克/旦的測量條件下具有0.10到1.60％的收縮率，在170℃，2分鐘，初始負載0.10克/旦的測量條件下具有0到-1.5％的收縮率。結果是本發明的聚酯拉伸紗線具有高的強度和低的收縮。
另外，本發明的聚酯拉伸紗線對後處理過程和使用過程中所施加熱量和張力具有非常好的形態穩定性，因此在受到附加熱應力時表現出非常小的收縮偏差。因此，用本發明的聚酯拉伸紗線製造聚氯乙烯塗敷的防水油布時，能防止出現褶皺現象。
在本發明中，按照以下方法測量紗線的物理性質。
●收縮率(％)用Testrite Co.的Testrite MK-V儀器，在170℃，2分鐘，一定張力(0.01克/旦或0.10克/旦)的條件下測量紗線收縮率。
●紡紗應力(克)使用張力儀在第一導絲輥6a頂端進行測量。
●熱應力(克/旦)用Kanebo Engineering Co.製造的熱應力測量儀器(型號KE-2)進行測量。加熱速率設定為2.5℃/秒。使用KE-2的取樣器和樣品打結方法(KE-2用戶手冊)使樣品形成10釐米的環形。施加20克(0.01克/旦)和220克(0.11克/旦)的初始負載。
熱應力測量值是三次測量的平均值。
●熱弛豫應力(克/旦)將樣品加熱至上述熱應力測量方法中設定的最終溫度(170℃)之後，測量熱弛豫應力，此時用空氣迅速冷卻樣品至30到40℃。
●熱弛豫應力變化率(％)和熱弛豫應力面積比(％)根據上述測量熱弛豫應力和熱應力的方法測量應力隨著溫度變化發生的變化，作出熱弛豫和收縮應力曲線，最終溫度設定為170℃。
將熱弛豫和收縮應力曲線中獲得的最大熱應力(Fmax)和最小熱應力(Fmin)代入以下等式(I)中，計算熱弛豫應力變化率(％) 其中Fmax代表最大熱應力，Fmin代表最小熱應力，F1代表初始應力。
同時，從熱弛豫和收縮應力曲線上劃出弛豫應力面積B和熱應力面積A，測量每部分面積的重量。然後，將測得值代入以下等式(II)，計算熱弛豫應力面積比(％) ●收縮應力的平均值使用FTA-500測量最大收縮應力和最小收縮應力，然後求得其平均值。拉伸率設定為100％，腔室溫度設定為150℃或170℃。腔室駐留時間設定為9.6秒。
●雙折射(Δn)用幹涉顯微鏡(型號JENAPOLUINTERPHAKO，由Carl-Zeiss Yena Co.，Germany製造)進行測量。通過以下等式求得雙折射 其中R代表補償延遲，S代表石英墊片延遲，D代表纖維直徑。R和S的單位是納米，D的單位是微米。
●強度/延伸率用INSTRONG拉伸測試儀(樣品長度250毫米，拉伸速度300毫米/分)測量十次，求得平均值。
●密度(ρ)將拉伸紗線置於含有正庚烷和四氯化碳混合溶液的密度計(型號SS，Shibayama，Japan的產品)中，在25℃靜置1天，測量密度。
●結晶度[Xc(％)]根據上述密度(ρ)，以聚酯完美晶體區域的理論密度(ρc＝1.457克/立方釐米)和完美無定形區域的密度(ρa＝1.336克/立方釐米)用以下等式求得結晶度 ●晶體取向度(Fc)用X射線衍射儀在晶體的(010)晶面和(100)晶面上進行方位角掃描，測量代表晶體取向特徵的衍射峰FWHM(半高寬)，計算拉伸紗線的晶體取向度(Fc)。用FWHM按照以下等式計算晶體取向度 ●無定形取向度將上述結晶度(Xc)，晶體取向度(Fc)和雙折射(Δn)代入以下等式，求得拉伸紗線的無定形取向度(Fa) 其中Δnc代表晶體的固有雙折射(0.29)，Δna代表無定形相的固有雙折射(0.20)。
下面，詳細說明製造本發明高強度低收縮聚酯拉伸紗線的方法。
但是，還可以採用不同於下述內容的方法製造本發明的高強度低收縮聚酯拉伸紗線。因此，下述方法並不對本發明的範圍進行限制。
首先，在273到295℃的紡紗溫度下，將固有粘度是0.78到1.00的固態聚酯切片擠出通過噴絲頭1。然後，使擠出的熔融聚合物通過具有加熱罩2和絕緣板3的垂直陣列的驟冷延遲區I，使熔融聚合物的驟冷延遲。
優選將加熱罩2的溫度設定為250到350℃，其長度設定為200到400毫米，為的是通過平滑拉伸優化紗線產率，防止熔融聚合物分解，因而提高紗線強度。
優選絕緣板3的長度設定為60到300毫米，從而提高驟冷延遲效果，防止因為紡紗張力迅速降低而產生褶皺缺陷。
優選控制紗線在驟冷延遲區I中的駐留時間為0.02到0.08秒，用以發生驟冷延遲效果，優化拉伸特性，防止出現紬絲和紗線切斷現象，從而提高可操作性。
然後，優選在驟冷腔室4中固化通過驟冷延遲區I的熔融聚合物，並同時用上油裝置8將紡紗油施加在熔融聚合物上，或者在熔融聚合物於驟冷腔室4中固化之後用上油裝置8將紡紗油施加在已固化的未拉伸紗線上，從而均勻控制熔融聚合物或未拉伸紗線單絲的固化點和物理特性。
上油裝置8裝在低於絕緣板3底面500到1500毫米的位置。如果與絕緣板3的距離小於500毫米，則紡紗油可能會變性或者熔融聚合物會迅速驟冷，導致未拉伸紗線的內層和外層變得不均勻，從而很難卷繞。另一方面，如果與絕緣板3的距離大於1500毫米，則驟冷延遲效果可能比較小。
更優選將紡紗速度控制在500到900米/分，而且控制紡紗張力低於0.3克/旦，為的是提高可操作性和紗線特性。
然後固化未拉伸紗線，按照上述方法施加紡紗油，在拉伸區II中第一導絲輥6a和第四導絲輥6d之間進行拉伸和熱處理。
為了保持紗線通道和二次上油，可以將上油裝置5裝在第一導絲輥6a的頂部。
拉伸區II中的拉伸比優選控制為5到6倍，為的是提高紗線張力並防止出現紬絲。熱處理溫度優選控制為210到250℃，為的是提高耐熱性、成形穩定性和可操作性。
然後，在150到220℃的弛豫溫度和5到12％的弛豫率條件下，使通過拉伸區II的拉伸紗線在第四導絲輥6d和第六導絲輥6f之間的弛豫區III中弛豫，制出高強度低收縮聚酯拉伸紗線。優選弛豫溫度和弛豫率在上述範圍內，從而能很容易地降低紗線的弛豫應力，表現出低收縮特徵並提高紗線產率。
更優選在弛豫區III的導絲輥之間設置一個或兩個張力導紗器9，從而控制紗線的弛豫應力。
本發明的方法能夠進行高程度的拉伸，因為未拉伸紗線的取向甚至在高紡紗速度情況下也能保持比較低。
而且，本發明的方法能均勻控制拉伸紗線的物理性質，並提高拉伸紗線的質量，因為本發明的方法能均勻控制未拉伸紗線的物理性質。
在圖3所示的本發明中，上油裝置8裝在低於絕緣板3底面500到1500毫米的位置，能對正在紡的紗線施加紡紗油。但是，也可以不在弛豫區III的導絲輥之間設置和使用張力導紗器9。
另外，在圖4所示的本發明中，有一個或兩個張力導紗器9裝在弛豫區III的導絲輥之間，從而控制紗線的弛豫應力。但是，也可以不在絕緣板3的低端安裝上油裝置8。
另外，在圖2所示的本發明中，上油裝置8可以安裝在絕緣板3的低端位置，對正紡的紗線施加紡紗油，同時，可以在弛豫區III的導絲輥之間安裝和使用一個或兩個張力導紗器9。
上述本發明的方法能提高拉伸紗線對熱量或張力的形態穩定性，從而減輕向防水油布上塗布聚氯乙烯(PVC)時出現的褶皺現象。
本發明還包括由上述高強度低收縮聚酯拉伸紗線製得的織物和聚氯乙烯(PVC)塗敷織物。
圖中主要部件標誌數字說明1噴絲頭 2加熱罩3絕緣板 4驟冷腔室4a驟冷網 5，8上油裝置6a到6f.第一到第六導絲輥7卷繞機9張力導紗I驟冷延遲區II拉伸區III弛豫區A熱應力面積B弛豫應力面積F1初始應力 Fmax最大應力 Fmin最小應力本發明優選實施方式以下通過一些實施例更具體地說明本發明，但是本發明並不限於這些實施例。
實施例1以273℃的紡紗溫度，使固有粘度為0.79的固態聚對苯二甲酸乙二酯切片擠出通過噴絲頭1。然後使擠出的熔融聚合物在通過驟冷延遲區I時發生延遲驟冷，驟冷延遲區中包括長度為300毫米，溫度為300℃的加熱罩2和長度為60毫米的絕緣板。
熔融聚合物在驟冷延遲區中的駐留時間是0.04秒，紡紗速度是600米/分。然後，在驟冷腔室4中固化熔融聚合物，驟冷腔室長度為1500毫米，同時用低於絕緣板600毫米位置處的上油裝置8施加紡紗油，這樣制出未拉伸紗線。然後，將未拉伸紗線拉伸5.65倍，並在240℃進行熱處理，此時通過第一導絲輥6a到第四導絲輥6d。然後，以11％的弛豫率在170℃的弛豫溫度下，使拉伸紗線弛豫，此時通過第四導絲輥6d到第六導絲輥6f，其間設置有張力導紗器9。然後將經過弛豫的紗線卷繞起來，製得1000旦的拉伸聚酯紗線。對製得聚酯拉伸紗線的各種物理特性的測試結果如表2中所示。
實施例2-實施例7按照與實施例1相同的方法和條件製造聚酯拉伸紗線，區別在於製造條件的變化如表1中所示。對製得聚酯拉伸紗線的各種物理性質的測試結果如表2中所示。
表2.拉伸紗線物理特性的測試結果
工業應用性在本發明中，因為甚至在高紡紗速度情況下也能均勻控制熔融聚合物的固化點，所以產率有所提高。
而且，由於拉伸特性好，所以紗線的物理特性和質量有所提高。而且，本發明的高強度低收縮聚酯拉伸紗線具有低熱弛豫應力變化率和低熱弛豫應力面積比，因此，對熱量和張力的形態穩定性很好。因此，本發明的高強度低收縮聚酯拉伸紗線非常適合於作為製造座椅固定帶，坐墊套等產品的工業紗線。
權利要求
1.一種高強度低收縮的聚酯拉伸紗線，其製造方法是在273到295℃的紡紗溫度下熔融並擠出聚對苯二甲酸乙二酯的固態聚合切片，然後抽拉熔融和擠出的聚合物，其特徵在於，高強度低收縮的聚酯拉伸紗線在最終溫度設定為170℃的熱弛豫和收縮應力曲線上，具有5到100％的熱弛豫應力變化率和50到140％的熱弛豫應力面積比。
2.如權利要求1所述的聚酯拉伸紗線，其特徵在於，在170℃，0.11克/旦的初始負載條件下測得的熱應力是0.015到0.065克/旦。
3.如權利要求1所述的聚酯拉伸紗線，其特徵在於，在170℃，0.01克/旦的初始負載條件下測得的熱應力是0.003到0.015克/旦。
4.如權利要求1所述的聚酯拉伸紗線，其特徵在於，170℃時測得的收縮應力平均值是0.02到0.10克/旦。
5.如權利要求1所述的聚酯拉伸紗線，其特徵在於，在150℃，0.11克/旦的初始負載條件下測得的熱應力是0.015到0.065克/旦。
6.如權利要求1所述的聚酯拉伸紗線，其特徵在於，在150℃，0.01克/旦的初始負載條件下測得的熱應力是0.003到0.015克/旦。
7.如權利要求1所述的聚酯拉伸紗線，其特徵在於，150℃時測得的收縮應力平均值是0.02到0.10克/旦。
8.如權利要求1所述的聚酯拉伸紗線，其特徵在於，聚酯拉伸紗線的雙折射(Δn)是0.1800到0.2200。
9.如權利要求1所述的聚酯拉伸紗線，其特徵在於，聚酯拉伸紗線的結晶度(Xc)是44.0到55.0％。
10.如權利要求1所述的聚酯拉伸紗線，其特徵在於，聚酯拉伸紗線的無定形取向度(fa)是0.45到0.85。
11.如權利要求1所述的聚酯拉伸紗線，其特徵在於，聚酯拉伸紗線的晶體取向度(fc)是0.905到0.945。
12.如權利要求1所述的聚酯拉伸紗線，其特徵在於，在170℃，2分鐘，0.01克/旦的初始負載測量條件下測得的收縮率是0.10到1.60％。
13.如權利要求1所述的聚酯拉伸紗線，其特徵在，在於170℃，2分鐘，0.10克/旦的初始負載測量條件下測得的收縮率是0到-1.5％。
14.一種通過直接紡紗拉伸法製造高強度低收縮的聚酯拉伸紗線的方法，在噴絲頭1和驟冷腔室4之間設置了具有加熱罩2和絕緣板3垂直陣列的驟冷延遲區I，其特徵在於，高強度低收縮的聚酯拉伸紗線的製造方法是用設置在低於絕緣板3底面500到1500毫米處的上油裝置8向正紡的紗線施加紡紗油，用設置在弛豫區III的導絲輥之間的一個或兩個張力導紗器9控制紗線的弛豫應力，或者同時設置上油裝置8和張力導紗器9。
15.如權利要求14所述的方法，其特徵在於，加熱罩2的溫度是250到350℃，其長度是200到400毫米。
16.如權利要求14所述的方法，其特徵在於，絕緣板3的長度是60到300毫米。
17.如權利要求14所述的方法，其特徵在於，驟冷延遲區I中的紗線駐留時間是0.02到0.08秒。
18.如權利要求14所述的方法，其特徵在於，紡紗張力小於0.3克/旦。
19.一種織物，它由權利要求1所述高強度低收縮的聚酯拉伸紗線製造。
20.一種塗敷聚氯乙烯(PVC)的織物，它由權利要求1所述高強度低收縮的聚酯拉伸紗線製造。
全文摘要
本發明公開了作為工業紗線的高強度低收縮聚酯拉伸紗線及其製造方法。這種高強度低收縮聚酯拉伸紗線在最終溫度設定為170℃的熱弛豫和收縮應力曲線上具有5％到100％的熱弛豫應力變化率和50％到140％的熱弛豫應力面積比。通過設置驟冷延遲區I的直接紡紗拉伸(DSD)過程製造高強度低收縮聚酯拉伸紗線的方法，是用設置在低於絕緣板3底面500到1500毫米處的上油裝置8向正紡的紗線施加紡紗油，用設置在弛豫區III導絲輥之間的一個或兩個張力導紗器9控制紗線的弛豫應力，或者同時設置上油裝置8和張力導紗器9。
文檔編號D01F6/62GK1671893SQ03817900
公開日2005年9月21日 申請日期2003年7月26日 優先權日2002年7月26日
發明者金允照, 李水真 申請人:株式會社可隆