CN1671897A - 通过高速纺丝制备高抗拉强度聚酰胺单纤维的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及诸如尼龙6，6的高抗拉强度聚酰胺单纤维的制造方法。本发明还涉及用这种单纤维形成的纱线和其他制品。本发明特别用于以高纺丝工艺速度提供强度等于或优于现有技术的单纤维纱，同时保持对纱线的拉伸能力。本发明还涉及提供由消光的或染色的聚酰胺聚合物挤出的单纤维纱。

Description

通过高速纺丝制备高抗拉强度聚酰胺单纤维的方法和装置
                        发明背景
发明领域
本发明涉及以高纺丝速度制造诸如尼龙6，6的高抗拉强度聚酰胺单纤维的方法和装置。本发明还涉及用这种单纤维形成的纱及其他制品。
现有技术
诸如聚酰胺的许多合成聚合物单纤维都是是熔纺的，即它们由热的聚合物熔体挤出。熔纺的聚合物单纤维通过从具有许多毛细管的喷丝板挤出熔融聚合物来制备。单纤维离开喷丝板后在骤冷区中冷却。熔融聚合物的骤冷及随后固化的细节对纺出的单纤维质量有显著影响。
骤冷方法包括横流骤冷、径向骤冷和气流骤冷。横流骤冷常用于制造高强度聚酰胺纤维，并涉及从新挤出的单纤维阵列一侧横向吹扫冷却气体。在横流骤冷中，气流通常指向与新挤出单纤维的移动方向垂直的方向。
在径向骤冷中，冷却气体从围绕新挤出的单纤维阵列的骤冷屏***向内吹。这种冷却气体一般通过跨过单纤维并排出骤冷装置而离开骤冷***。
横流骤冷和径向骤冷对于高强度应用都局限于以约2800-3000米/分钟的较低速度制造纤维。较高的制造速度增加了拉伸阶段单纤维的断裂数量。断裂的单纤维中断了工序的连续性，并降低了生产率。
在20世纪80年代，Vassilatos和Sze在聚合物单纤维，特别是聚酯单纤维的高速纺丝上作出了显著的改进。这些改进公开在US4687610、4691003和5034182中。
这些专利公开了气体管理技术，从而使气体围绕新挤出的单纤维，以控制气体的温度和衰减曲线。这些类型的骤冷***和方法称为气流骤冷或气流纺丝***。其他气流骤冷方法包括US 5976431和US5824248中描述的方法。
气流骤冷纺丝工艺提供了降低纺丝期间单纤维的张力，并随后降低纱线张力的优点。通常这种降低了的纱线张力通过提高纺丝速度，并降低单纤维断裂而提供了更好的生产率，和更好的绕制纱线的可加工性优点。气流骤冷通常涉及提供给定体积的冷却气体，以冷却聚合物单纤维。任何气体都可用作冷却介质。冷却气体优选的是空气，因为空气很容易获得。如果需要，也可使用例如蒸汽或诸如氮气的惰性气体的其他气体，因为聚合物单纤维的性质很敏感，特别是当单纤维很热和新挤出时。
在气流纺丝中，冷却气体和单纤维基本上以相同方向平行穿过风道，其中速度通过滚筒组件装置的速度控制。张力和温度由气体流量、风道直径或截面积(控制气体速度)和风道长度控制。气体可沿风道在一个或多个位置引入。气流纺丝使纺丝速度超过5000米/分钟。
强度是工业纤维的关键纤维性能。强度通过分段拉伸骤冷的纤维获得。这种分段拉伸在目前工业上提供的低速横流下工作得很好。公知的横流骤冷和纺丝拉伸联用的装置的实例如图1所示。在该装置中，熔融聚酰胺在10引入纺丝组件20。聚合物作为未拉伸的单纤维30从该纺丝组件挤出，该组件有许多小孔，以提供要求的截面。单纤维离开纺丝组件的毛细管后，通过图1中所示横流冷却空气在40冷却纤维而使单纤维骤冷。这些单纤维利用常规的整理润滑剂在50会聚成纱线60，并通过喂料辊组件70向前输送。然后将纱线喂入第一拉伸辊对80，接着喂入第二拉伸辊对100。可利用热管90或辅助拉伸进行第二阶段的拉伸处理。纱线在拉出器辊110和120处松弛。辊110也称为松弛辊；它可以低于拉伸辊组件100的速度运动，以控制纱线收缩。辊120也称为放长辊，以松弛纱线张力，使纱线以低于纱线在拉伸中所承受的张力卷绕。导纱器130将纱线平放在纱线卷装140上并卷拢。
一种公知的熔体挤出和联用的采用横流骤冷***的多级拉伸组件示于图2。图2的组件与图1的组件类似，但不包括图1所示的热管，因为热管会损坏纤维。在图2中，拉伸通过辊而不是热管完成。在该装置中，熔融的聚酰胺在200被引入纺丝组件210。该聚合物作为未拉伸的单纤维220从该纺丝组件挤出，该组件设计了许多小孔，以提供要求的截面。单纤维离开纺丝组件的毛细管后，通过图2中所示230处的横流冷却空气冷却纤维以使单纤维骤冷。这些单纤维利用常规的整理润滑剂在240会聚成250处所示的纱线束，并通过喂料辊组件260向前输送。然后将纱线喂入第一级拉伸辊组270，接着喂入第二拉伸辊组275。可用任选的第三拉伸辊组件280进一步拉伸纤维。纱线在松弛辊285松弛。导纱器290将纱线平放在通过络纱机卡盘旋转的纱线卷装295上并卷拢。
通过采用横流骤冷，不可能在图1和图2的横流骤冷***中实现较高的纺丝速度，以提高生产率。用横流明显降低了纱线的拉伸能力，降低了最终的纱线强度。此外，使所制造的聚酰胺纱线至少具有与以较低速度获得的纱线一样好的性能是很重要的。特别理想的是使所制造的纱线保持要求的强度、断裂伸长率和均匀性。因此，本领域中需要提供方法和装置，以在高速纺丝的同时保持这些性能。
采用高纺丝速度的困难在彩色或消光的尼龙纱线中特别明显。这种纱线由含有颜料的尼龙聚合物挤出，这些颜料提供了各种各样的调色板。尼龙纱线聚合物通常通过加入二氧化钛或硫化锌消光。一般情况下，消光的和/或染色的尼龙会产生熔融挤出问题，部分是由于熔流特性、微观结构发展和热损耗性能与未染色的或未消光的尼龙的差别。使用消光的或染色的聚合物时存在单纤维断裂水平增加是一个长期存在的问题。公知的是试图提高挤出速度加重了单纤维断裂问题。因此特别理想的是提供一种高速纺丝方法，该方法在制造着色的聚酰胺纱线时不会使单纤维断裂。
                      发明概述
在本发明中，以约2500米/分钟-约大于5000米/分钟的纺丝速度(定义为最高速拉伸辊的表面速度)制备具有商业上理想的断裂伸长率和收缩水平的高强度纱线。相反，通过采用传统横流骤冷的现有技术方法制备的纱线在纺丝速度提高时伴随着强度和伸长率的降低。通过这些传统方法制备的纤维的收缩也是不希望地高。要求这些性能间具有良好的平衡，以满足诸如汽车气囊、硫化固定的橡胶增强纱线(例如轮胎纱线)、防护服、软箱包的应用中所用的工业聚酰胺纤维的要求。此外，伴随着低断裂伸长率和高收缩率的低强度通常意味着该工艺不健全且未达到商业级。
因此，提供提高的单纤维挤出速度，同时改进生产率和高强度尼龙纱线的纱线性能，以及含有颜料的高强度尼龙纱线也是本发明的目的。
本发明另一个目的是提供一种高速纺丝和拉伸联用的方法，该方法得到的聚酰胺(任选是着色的)单纤维、纱线和制品具有所希望的特征，例如至少具有至少与在常规速度的横流骤冷方法中制备的产品所获得的性能相当的性能。本发明又一个目的是提供具有改进强度的纱线和制品。
根据这些目的，本发明提供了聚酰胺纱线的制备方法，包括：通过纺丝组件挤出聚合物熔体，形成至少一根单纤维；使该单纤维穿过气流骤冷腔，在此向单纤维提供骤冷气体，以冷却和固化单纤维，其中引导骤冷气体的方向沿与单纤维相同的方向运动；使单纤维通过机械拉伸段并拉伸，从而拉长单纤维形成纱线。如果纱线是复丝，则至少一根单纤维包含许多单纤维，多股单纤维被会聚成复丝，且该纱线穿过机械拉伸段，在此被拉伸并伸长。如果该纱线是单丝纱，则至少一根单纤维在每根纱线中包含单股纤维。
本发明的其他目的、特征和优点将在以下详细描述中明确。
                       附图简述
图1是现有技术中采用热管拉伸的单纤维骤冷和纺丝拉伸联用的装置的截面示意图。
图2是现有技术中用辊代替热管进行拉伸的第二种单纤维骤冷和纺丝拉伸联用的装置的截面示意图。
图3是根据本发明的气流单纤维骤冷装置的截面示意图。
图4是根据本发明不同实施方案的气流单纤维骤冷和纺丝拉伸联用的装置的截面示意图。
图5是根据本发明的另一个实施方案的气流单纤维骤冷和纺丝拉伸联用的装置的截面示意图。
图6是本发明和现有技术能获得的最大拉伸比作为纺丝速度的函数的比较图。
图7是根据本发明和现有技术纺成的单纤维测量的强度作为纺丝速度的函数的比较图。
                       发明详述
根据本发明，提供了单丝和复丝聚酰胺纱的制造方法。单丝纱通常由每根纱线一根单纤维组成，而复丝纱由许多单丝组成。术语“单纤维”在这里是一种通称用法，也包括现有技术中称为短纤维的短的不连续纤维。通过熔纺、从冲模或喷丝板毛细管挤出形成的聚酰胺单纤维最初以连续单纤维形式制备。这样制备的单纤维具有由毛细管截面形状确定的任何期望的截面形状，可包括圆形、椭圆形、三叶形、多叶形、丝带形和哑铃形。
任何可熔纺的聚酰胺都可用于制备本发明的单纤维。该聚酰胺可以是均聚物、共聚物或三聚物，或聚合物的混合物。聚酰胺的实例包括聚六亚甲基己二酰胺(尼龙6，6)；聚己酰胺(尼龙6)；聚庚酰胺(尼龙7)；尼龙10；聚十二内酰胺(尼龙12)；聚四亚甲基己二酰胺(尼龙4，6)；聚六亚甲基癸二酰胺均聚物(尼龙6，10)；正十二双酸与六亚甲基二胺的聚酰胺均聚物(尼龙6，12)；和十二亚甲基二胺与正十二双酸的聚酰胺(尼龙12，12)。用于本发明的聚酰胺的制备方法是本领域公知的，可包括使用催化剂、共催化剂和链支化剂形成聚合物，如本领域公知的那样。优选的是尼龙6、尼龙6，6或它们的结合的聚合物。最优选的聚酰胺是尼龙6，6。
在本发明的方法中，聚合物熔体通过纺丝组件挤出，形成至少一根单纤维。纺丝组件可包括使用公知技术钻出一个、两个或多个孔(毛细管)以形成至少一根单纤维的喷丝板。在单丝实施方案中，由单根丝或单丝形成单丝纱，而在复丝实施方案中，由许多单丝形成复丝纱。
可采用的合适气流纺丝方法和***的实例公开在US 5824248和2000年4月12日提交的美国专利序列号09/547854中。也可以采用上述任何气流方法。用于本发明的优选气流单纤维骤冷***示意图在图3中示出。图3的组件可用作图4或图5的骤冷腔。在图3中，聚合物熔体300通过具有至少一个，优选多个毛细管的单纤维纺丝组件305和喷丝板310挤出，以形成至少一根，优选许多根单纤维315。该至少一根单纤维穿过作为气流骤冷组件一部分的气流骤冷腔320。气流骤冷组件包括高度为A的加热或未加热的骤冷延时段；高度为B、直径为D1的骤冷屏段345；高为C1、直径为D2的骤冷连接管355；高为C2的连接圆锥325；和高为C3、直径为D3的骤冷管330。在气流腔中，骤冷气体在340提供，以冷却和固化单纤维。优选的是单纤维以低于1500米/分钟的速度通过骤冷腔。骤冷屏345围绕骤冷腔中的单纤维，邻近骤冷腔中的骤冷屏处可任选地设置一个多孔骤冷屏350。单纤维和骤冷气体通过骤冷管330离开骤冷腔。新骤冷的纱线示为335。
对于给定的聚合条件、单纤维尺寸和通过量，喷丝板与连接圆锥之间的距离决定了沿单纤维方向气体加速的位置，并提供了气流骤冷效果。骤冷气体沿与单纤维的方向相同的方向运动，如图3中箭头所示。骤冷气体的速度根据单纤维的速度控制，使骤冷气体在单纤维上的空气动力学曳力最小。这些力通常在高速纺丝时的作用更明显，使单纤维衰弱并使新纺出的单纤维不希望地过早取向。纺丝过程中骤冷部分单纤维的取向是不希望的，因为这种取向限制了所得单纤维最终的机械拉伸。气流骤冷纺丝过程中单纤维经受的空气动力学曳力下降，降低了通过单纤维的双折射测量的取向。
由本发明方法制备的单纤维形成聚酰胺纱线用图4和5说明。如图4所示，聚合物熔体400从纺丝组件410挤出，形成至少一根，优选多根单纤维420。纺丝组件410包含过滤介质和多毛细管喷丝板。通过将骤冷空气440引入图3所示类型的气流骤冷腔430中，使新挤出的单纤维420在骤冷腔430中骤冷。骤冷屏435在图4中环绕单纤维。
在复丝纱实施方案中，本发明的方法还包括将已固化的单纤维会聚成复丝纱的步骤。离开骤冷腔430的单纤维420通过位于单纤维给油辊450下游的猪尾形导纱钩455会聚成纱线460。给油辊450用于提供油或本领域公知的其他类型整理剂。
本发明的方法还包括使单纤维，或在复丝纱实施方案的情况下使纱线通过机械拉伸段拉伸，从而伸长单纤维或纱线的步骤。单纤维在至少一个，通常是多个拉伸段中拉伸。该步骤在图4的实施方案中通过第一拉伸辊对470和第二拉伸辊对480实现。喂料辊组件465将已处理的纱线460送至被加热并以高于喂料辊465的速度运行的第一拉伸辊对470，使纱线在辊465与470之间的孔隙处被拉伸。以高于辊470的表面速度运行的第二热拉伸辊对480经热拉伸针组件或热管475进一步拉伸纱线，如US 4880961所公开的。优选的是单纤维或纱线以大于约2600米/分钟的速度，甚至更优选以大于约4500米/分钟的速度通过最后的拉伸段。以辊表面速度的比值(最高速辊/最低速辊)定义的拉伸比提供实现高纱线韧度或强度所需要的聚合物链定位(取向)。优选的是单纤维或纱线以约3至约6的拉伸比拉伸。来自热辊表面470、480和拉伸针组件475的热量稳定了复丝纱已拉伸(已取向)的结构。纱线在拉伸辊480与辊482和485之间松弛，以控制最终的纱线收缩率。
本发明的方法可进一步包括将单纤维或纱线卷绕成卷装的步骤。在图4的实施方案中，具有期望的强度、收缩率和其他性能的全拉伸纱被卷绕到通过络纱机(图4未示出)的卡盘旋转的卷装495上。导纱器490用于控制纱线路径。尽管未示出，但一旦发生丝条断裂时，在该位置常用断丝条检测器来阻止络纱器。任选断丝条检测器安装在辊482与485之间，以指示不希望有的单纤维断裂程度的存在。如果需要，可在卷绕前进一步涂覆第二整理油。
根据本发明，拉伸可包括在两个或多个阶段中拉伸单纤维。该实施方案用图5说明。如图5所示，聚合物熔体500通过纺丝组件510挤出，形成至少一根，优选许多单纤维515。纺丝组件510包含过滤介质和多毛细管喷丝板。新挤出的单纤维515通过例如图3所示的气流骤冷腔520。通过将骤冷空气525引入图3所示类型的气流骤冷腔520中，使新挤出的单纤维515在骤冷腔520中骤冷。离开骤冷腔520的单纤维515通过位于给油辊530下游的导纱器535会聚成复丝纱。给油辊530用于给复丝纱涂覆公知类型的单纤维整理油。喂料辊组件540将已处理的复丝纱送至被加热并以高于喂料辊540的速度运行的第一拉伸辊对545，使该复丝纱在辊540与545之间的空间中被拉伸。以高于辊545的表面速度运行的第二热拉伸辊对550进一步拉伸纱线，以便在纱线结构经过拉伸辊热表面稳定后，充分取向聚合物分子并赋予纱线强度。任选的第三拉伸辊对555可进一步拉伸该复丝纱，以进一步提高强度。该纱线在拉伸辊555与辊560之间的空间松弛，以控制最终的纱线收缩率。往往在辊555与560之间安装断丝检测器，用于确定产品质量。具有期望的强度、收缩率和其他性能的全拉伸纱被卷绕到卷装570上。导纱器565用于控制纱线路径。尽管未示出，但一旦发生丝条断裂时，在该位置常用断丝条检测器来阻止络纱器。如果需要，可在卷绕前进一步涂覆第二整理油。
在单丝实施方案中，没有将上述单纤维会聚成复丝纱的步骤。而是单丝形式的单纤维直接通过联用的机械拉伸段，如图4或图5所示。结果使单丝拉伸，从而伸长并取向。然后将单丝卷绕成卷装，如图4或图5所示。
根据本发明制造的单纤维可以例如大于2000米/分钟，优选大于约3000米/分钟，更优选大于约4000米/分钟，最优选大于约5000米/分钟，最高至约10000米/分钟的速度纺丝。在本说明书中，纺丝速度定义为纱线在卷绕前接触的运动最快的拉伸辊的表面速度。在约2660-约5000米/分钟的纺丝速度下，骤冷腔出口处冷却气体的速度与牵引单纤维的第一辊的速度之比为约0.6-约2.0。该牵引单纤维的第一辊是喂料辊，即图4中的辊组465或图5中的辊组540。优选的是以低于纺丝速度0.1％-约7％的卷绕速度来完成卷绕纱线。
在本发明中，以高纺丝速度制备具有商业上理想的断裂伸长率和收缩率水平的高强度纱线。相反，通过采用传统横流骤冷的现有技术的方法制备的纱线在纺丝速度提高时伴随着强度和伸长率的损失。通过这些传统方法制备的纤维的收缩率也不希望地高。这一点在图6中说明，图6表明现有技术的方法可实现的最大拉伸比逐渐下降。这是由于大量单纤维断裂，这样就使该方法难以控制。这也导致强度逐步降低，如图7所示。纱线强度是其被高度拉伸的产物。结果使现有技术中实现的最大强度下降并在低纺丝速度(约4000米/分钟)下变得难以控制。图7表示通过用本发明的骤冷装置以5500米/分钟纺丝获得约10.8克/旦的纱线，而用现有技术的骤冷装置只有在3000米/分钟下才能获得相同的约10.8克/旦的纱线。该实例中本发明方法的生产量是现有技术的(5500/3000)＝1.8倍。图6和7的数据使用图1所示但没有热管90的现有技术产生。代之以纱线从辊80不经过物理上不存在的90到达100。剩余的纱线路径与图1相同。
因此，在约2600米/分钟-超过5000米/分钟的纺丝速度范围内，本发明的全拉伸纱可具有至少5克/旦(4.5厘牛顿/分特(decitex))，优选大于约5.7克/旦(5.0厘牛顿/分特)，更优选大于约7.9克/旦(7.0厘牛顿/分特)，更优选大于约11.3克/旦(10厘牛顿/分特)的强度。
此外，本发明的纱线具有理想的性能平衡，例如断裂伸长率(15-22％)和热空气收缩率(小于10％，优选小于6％)。本发明的纱线还具有小于3.7％的纤度散布(denier spread)。相反，通过采用传统横流骤冷的现有技术方法制造的纱线在寻求提高纺丝速度时将伴随着强度和伸长率的损失。通过这些传统方法制造的纤维的收缩率也不希望地高。要求这些性能间具有良好的平衡，以满足诸如汽车气囊、硫化固定的橡胶增强纱线(例如轮胎纱线)、防护服、软箱包的应用中所用的工业聚酰胺纤维的要求。此外，伴随着低断裂伸长率和高收缩率的低强度通常意味着该工艺不健全且未达到商业级。
此外，本发明的单纤维可具有任何期望的每丝分特数(分特/丝)，例如0.1-约20分特/丝。用于诸如气囊和缝纫线的工业应用的单纤维一般在约2.5-约9分特/丝。对于服装用途，分特/丝范围一般在0.1-4，而对于其他应用(例如地毯)，则常用较高的分特/丝，例如约5-约18。
在任何机械拉伸前，本发明的单纤维具有0.002-0.012的双折射。本领域普通技术人员公知的是，单纤维双折射指单纤维中聚合物链的相对取向程度。在本发明的气流骤冷装置的喂料辊组件处实现的这种双折射范围表明了比用现有技术的横流骤冷装置所实现的更低的分子取向。这种在喂料辊组件处的低取向允许采用高得多的拉伸比，而不会遇到过多的断裂单纤维。
本发明的单纤维优选的是制成复丝纱、织物、短纤维、模压织物制品、连续单纤维束和连续单纤维纱的聚酰胺。包含本发明的单纤维的织物包括用于船帆和降落伞的工业织物、地毯、服装、气囊或含有至少部分聚酰胺的其他制品。当制造织物时，可采用任何公知的合适织物制造方法。例如织造、经编、圆编、针织，以及将短纤维产品铺放在无纺织物中都适于制备织物。
本发明的聚酰胺单纤维纱可单独使用，或以任何期望的量，一般是后纺丝和拉伸，与诸如Spandex、聚酯的其他聚合物合成纤维，以及天然纤维如棉、丝、毛，或尼龙的其他典型的伴纤维混和使用。
根据本发明的方法制成的纱线可具有任何希望的单纤维支数和总分特数。用本发明的单纤维形成的纱线一般具有约10分特-约990分特，优选约16分特-约460分特的总分特数。此外，本发明的纱线可进一步由许多具有不同每丝分特[分特/丝]范围、截面和/或其他特征的不同单纤维形成。
本发明的方法所用的聚合物熔体和所得的单纤维、纱线和制品可包含常用的添加剂，它们可在聚合工艺期间加入或加入到形成的聚合物或制品中，可有助于改进聚合物或纤维的性能。这些添加剂的实例包括抗静电剂、抗氧化剂、抗菌剂、阻燃剂、彩色颜料、光稳定剂、聚合反应催化剂和助剂、粘合促进剂，诸如二氧化钛、消光剂、有机磷酸盐的消光颗粒，以及它们的结合。本发明的聚合物熔体中特别优选的添加剂是诸如二氧化钛或硫化锌的消光颗粒和彩色颜料颗粒。优选的是该聚合物熔体含有约0.01-约1.2％(重量)的彩色或消光颗粒。
可在纺丝和/或拉伸过程中用于纤维的其他添加剂包括抗静电剂、增滑剂、粘合促进剂、抗氧化剂、抗菌剂、阻燃剂、润滑剂和它们的结合。这种其他添加剂可如本领域公知的那样在该工艺的不同步骤中加入。
本发明将通过以下非限定性实施例进一步说明。
                      测试方法
用以下方法测量用于表征本发明单纤维的性能：
强度在Instron拉伸试验机(ASTM D76)上测量，该试验机上装有两个夹具，将纱线夹持在10英寸(25.4cm)的量规长度上。将每英寸试样加3捻(1.2捻/cm)，然后用夹具以10英寸/分钟(25.4cm/分钟)的应变率牵拉纱线。用测力传感器记录数据，得到应力-应变曲线。强度是断裂力除以纱线纤度，用克/旦或厘牛顿/分特(厘牛顿/分特＝克/旦×(100/102)×(9/10))表示。用百分数表达的断裂伸长率是断裂时试样长度的变化除以其原始长度。Instron测量在21℃(±1℃)和65％相对湿度下进行。纤度是通过测量9000m长度的重量(克)获得的试样的线密度(分特是纤度乘以因子10/9)。强度和伸长率测量方法一般依据ASTM D2256。
纱线线密度(用旦或分特表达)的均匀性通过反复称量特定长度的纱线，并比较代表性数量的试样来确定。纱线的线密度通过本领域普通技术人员公知的“切断并称重”方法测量。在该方法中，从纱线卷装上切取特定长度(L)的纱线，例如30米纱线并称重。纱线试样的重量(W)用克表示。重量与长度之比(W/L)乘9000米纱线表示旦。作为选择，用W/L乘10000米纱线表示分特。切断和称重过程一般重复8次。从单个纱线卷装上进行8次测量的平均值称为“沿端(alongend)”纤度均匀性。用澳地利的LENZING TECHNIK，GmbH&Co.KG提供的自动测试装置ACW400/DVA进行该测量。ACW400/DVA仪器是根据切断和称重方法测量单纤维纱的旦/分特和均匀性的全自动测量***。LENZING TECHNIK ACW400/DVA仪器包括提供自动测量被本领域称为“纤度散布”的纤度变化的纤度变化配件(DVA)。这里的纤度散布测量都是根据LENZING TECHNIK针对ACW400的纤度变化配件模块提供的方法进行的。
用根据ASTM D 789的标准方法测定甲酸溶液中的聚合物相对粘度(RV)、熔点和含湿量。
此处所用的ASTM测试方法D5104-96是单纤维收缩率(单纤维测试)的标准方法。
单根单纤维的双折射用偏光显微镜和倾斜补偿器技术测定。以下公式Eq.1定义了双折射：
双折射＝延迟(波长nm)/试样厚度(nm)            Eq.1
纤维的厚度用Watson Image Sheering Eyepiece和显微镜测量。测量出的纤维图像从一侧向另一侧转向并校准得到厚度测量。延迟通过在纤维一端切45°楔来测量。干涉级数或延迟带在它们从楔的最薄端向楔的最厚部分或纤维中心传播时计数。该测量在采用***光路中的1/4波片(546纳米波长的1/4)的交叉偏振器中进行，纤维垂直于该1/4波片的延迟方向排列。因为对每个延迟带计数，纤维中心显示的带部分必须用分析仪补偿。该分析仪旋转至中心带补偿和角度已被记录为止。角度(小于180°)代表部分延迟带(在546纳米处)。将延迟带和用分析仪测量的最后一个的部分的总数转换成路径差(nm)。
作为选择，可用US 5141700(Sze)的第5栏23行开始至第6栏中详细公开的Senarmont补偿方法获得相同的双折射数据。从根本上说，双折射法要求测量与双折射的单纤维有关的偏振光的两个波之间的路径差。该路径差除以单纤维直径(微米)即是双折射的定义。
                       实施例
                       比较例A
将从DuPont，Canada商购的尼龙6，6聚合物薄片(38相对粘度)用基本不含氧气的干燥氮气进行固相聚合，以提高聚合物分子量。将该聚合物送至螺杆熔化器中挤出。然后将熔融聚合物引入单纤维纺丝组件，并在挤出到具有34个毛细管的纺丝板(或喷丝板)之前过滤。该喷丝板可形成34根单股单纤维。这些单纤维在采用图1所示的横流骤冷和纺丝拉伸联用的装置中用空气骤冷。将该单纤维用传统整理润滑剂会聚成纱线，并通过辊表面速度为651米/分钟、辊表面温度50℃的喂料辊组件70输送。然后将纱线喂入到辊表面温度170℃、表面速度为喂料辊速度2.6倍的第一拉伸辊对80中。然后将纱线喂入辊表面温度215℃的第二拉伸辊对100中，它提供了2800米/分钟的总体速度，等于喂料辊速度4.3倍的拉伸比。在该比较例中不使用热管90。将该34头单纤维纱在速度差为7.1％的牵拉辊110和120上松弛，并以2587米/分钟的速度卷绕成纱线卷装140。所得110旦的纱线(34头单纤维)具有8.8克/旦(7.8厘牛顿/分特)的强度、18％的断裂伸长率和6.6％的热空气收缩率。测量的纱线相对粘度(RV)为70。
                     实施例1
将与比较例A所用相同的尼龙6，6聚合物薄片熔融挤出，并在进入图4所示纺丝组件400之前用与比较例A相同的方式处理。该聚合物通过喷丝板挤出形成34头单纤维。将新挤出的单纤维在用图3所示气流骤冷装置和图4所示联用的多级拉伸辊组件中用空气中骤冷。不使用热管475(图4)。
参考图3，骤冷屏345的直径D1为4.0英寸(10.2cm)，骤冷屏长度B为6.5英寸(16.5cm)；骤冷延迟高度A为6.6英寸(16.8cm)；骤冷连接管355的高C1为5.0英寸(12.7cm)；骤冷连接管直径D2为1.5英寸(3.8cm)；连接圆锥325高(C2)为4.8英寸(12.2cm)；管330高(C3)为15英寸(38cm)。
从Eq.2获得的气流速度与喂料辊465速度(图4)之比为1.02英尺/分钟(31cm/分钟)。
比值＝(管C3出口的气流速度)/(喂料辊465的表面速度)Eq.2
其中管330(图3)出口处的气流速度等于测量的体积空气流量除以管330的截面积或πD3 2/4。然后针对由于气流骤冷单元中总体空气温度升高引起的空气密度降低来校正该比值。
整理剂在450(图4)处涂覆，并用位于给油辊450下游的猪尾形导纱钩455将单纤维会聚成纱线。通过喂料辊组件465将纱线输送到第一拉伸辊对470。喂料辊组件465具有1087米/分钟的表面速度和50℃的表面温度。第一拉伸辊对470的辊表面温度为170℃。表面速度是喂料辊速度的3.2倍。
然后使单纤维越过本实施例未使用的热管475送至第二拉伸辊对480。表面温度212℃、表面速度5000米/分钟的拉伸辊480提供4.6的总拉伸比。总拉伸比通过拉伸辊480的表面速度除以喂料辊465的表面速度来计算。该34头单纤维纱在485处以7.4％的速度差松弛，并以4600米/分钟的速度卷绕。所得110旦的纱线具有9.1克/旦(8.0厘牛顿/分特)的强度、20.6％的断裂伸长率和6.7％的热空气收缩率。测量的纱线RV为70。
                     实施例2
使用图4布置的纺丝机，处理比较例A所用的相同尼龙6，6聚合物薄片，熔融挤出并输送到纺丝组件410，通过喷丝板挤出形成34头单纤维。将新挤出的单纤维420在根据本发明采用图3所示气流骤冷装置的空气中骤冷。使用图4所示的联用多级拉伸辊和热管475工艺。参考图3，骤冷屏345的直径为4.0英寸(10.2cm)，骤冷长度B为8.1英寸(20.6cm)；骤冷延迟高度A为6.6英寸(16.8cm)；骤冷连接管355高C1为5.0英寸(12.7cm)；连接管355的直径D2为1.5英寸(3.8cm)；连接圆锥325高C2为4.8英寸(12.2cm)；骤冷管330的管高C3为15英寸(38cm)；气流速度与喂料辊组件速度之比为1.05。在450处涂覆整理润滑剂，在455处将单纤维会聚成纱线。通过喂料辊组件465将纱线460输送到第一拉伸辊对470。喂料辊组件465的表面速度为1064米/分钟，辊表面温度为50℃。第一拉伸辊对470的辊表面温度为常温，辊表面速度是喂料辊速度的2.7倍。
然后使单纤维与热管475接触，该热管与US 4880961中公开的热管相同。纱线螺旋前进并与热管摩擦接触，并围绕内部加热的热管包裹一圈半。拉伸辅助单元热管475的表面温度为181℃。然后将纱线送至辊表面温度215℃的第二拉伸辊对480。总拉伸比为喂料辊465表面速度的4.7倍，第二拉伸辊组件480的表面速度为5000米/分钟。该34头单纤维纱在松弛辊组件485处以7.0％的速度差松弛，并以4615米/分钟的速度卷绕成纱线卷装495。拉伸的110旦(122分特-34头单纤维)的纱线具有9.8克/旦(8.6厘牛顿/分特)的强度、16.3％的断裂伸长率和7.3％的热空气收缩率。测量的纱线甲酸RV为70。
                      实施例3
使用图4所示的联用挤出和拉伸装置，按照与实施例2相同的方式，熔融挤出和处理含有1％(重量)锐钛矿形式的二氧化钛的38RV的尼龙6，6聚合物薄片(HOMBITANLO-CR-S-M，Sachtleben ChemieGmbH，Duisburg，Germany)。用相同的纺丝组件和喷丝板形成34头单纤维。将新挤出的单纤维在采用图3所示气流骤冷装置的空气中骤冷。气流骤冷装置的测量与实施例2相同。管330(图3)中的空气速度与喂料辊组件465速度之比为1.1。如上所述，在450处涂覆整理润滑剂，通过导纱钩455将单纤维会聚成纱线。喂料辊组件465将纱线输送到第一拉伸辊对470。喂料辊465的表面速度为1087米/分钟，辊表面温度为50℃。第一拉伸辊对470的辊表面温度为常温，表面速度是喂料辊速度的2.7倍。纱线前进到实施例2中的热管。纱线螺旋前进并与热管摩擦接触，并围绕内部加热的热管包裹一圈半。拉伸辅助单元475的表面温度为181。然后将纱线送至表面速度为5000米/分钟、辊表面温度215℃的第二拉伸辊对480，以提供喂料辊速度4.6倍的总拉伸比。该34头单纤维纱用松弛辊组件485以6.5％的速度差松弛，并4645米/分钟的速度卷绕成卷装495。所得110旦(122分特-34头单纤维)的纱线具有8.7克/旦(7.7厘牛顿/分特)的强度、17.6％的断裂伸长率和7.1％的热空气收缩率。测量的纱线甲酸RV为78。
                     比较例B
使用用图1的联用纺丝和多级拉伸装置熔融挤出与实施例1中所用相同的38RV尼龙6，6聚合物薄片。纺丝组件20包含有34个毛细管的喷丝板，并纺出34头单纤维。每根单纤维在多级拉伸后的细度为6旦(6.6分特)。根据现有技术公知的方法用横流骤冷空气40将单纤维(图1中的30)冷却并固化。在50处涂覆整理润滑剂，将单纤维会聚成纱线。通过圆周速度为560米/分钟、辊表面温度为50℃的喂料辊组件70将纱线60输送到第一拉伸辊对80。第一拉伸辊对80的辊表面温度为170℃，表面速度是喂料辊速度的3.0倍。不使用热管90。然后将纱线喂入辊表面温度215℃的第二拉伸辊对100，它提供5倍于喂料辊速度的总拉伸比或2800米/分钟的速度。然后将该34头单纤维纱以8.0％的速度差松弛，并以2562米/分钟的速度卷绕。拉伸后的210旦(233分特)的纱线具有9.4克/旦(8.3厘牛顿/分特)的强度、17.5％的断裂伸长率和6.7％的热空气收缩率。测量的纱线甲酸RV为70。
                     实施例4
采用图4的气流骤冷的纺丝和拉伸联用装置(没有热管475)，在到达纺丝组件前像比较例A那样处理尼龙6，6聚合物，并通过喷丝板熔融挤出形成34头单纤维。将新挤出的单纤维在采用图3所示本发明的气流骤冷装置和图4所示的联用多级拉伸辊组件的气流中骤冷。
参考图3，骤冷屏345的直径为4.0英寸(10.2cm)，骤冷高度B为6.5英寸(16.5cm)；骤冷延迟高度A为6.6英寸(16.8cm)；骤冷连接管355高C1为12.5英寸(31.7cm)；连接管直径D2为1.5英寸(3.8cm)；连接圆锥325高C2为4.8英寸(12.2cm)，骤冷管330高C3为15英寸(38cm)。骤冷管330中的气流速度与喂料辊组件465(图4)的速度之比为0.87。
在450处涂覆整理润滑剂，在455处将单纤维420会聚成纱线。通过喂料辊465将纱线460输送到第一拉伸辊对470。该喂料辊具有1042米/分钟的圆周速度和50℃的辊表面温度。第一拉伸辊对470的辊表面温度为170℃，表面速度是喂料辊速度的2.8倍。然后越过热管475将纱线送至辊表面温度为220℃的第二拉伸辊对480。该第二拉伸辊480提供了4.8倍于喂料辊速度或5000米/分钟的总拉伸比。该34头单纤维纱以7.0％的速度差松弛，并通过松弛辊组件485以4620米/分钟的速度卷绕。拉伸后，该210旦(233分特-34头单纤维)纱线具有10.0克/旦(8.8厘牛顿/分特)的强度、17.9％的断裂伸长率和6.8％的热空气收缩率。测量的纱线甲酸RV为70。
                       实施例5
采用图4的具有热管(拉伸辅助部件475)的气流骤冷的联用纺丝和拉伸装置，在到达纺丝组件前像比较例A那样处理尼龙6，6聚合物，并通过喷丝板熔融挤出形成34头单纤维。将新挤出的单纤维在采用图3所示本发明的气流骤冷装置和图4所示的联用多级拉伸辊组件的气流中骤冷。
参考图3，骤冷屏345的直径为4.0英寸(10.2cm)，骤冷高度B为6.5英寸(16.5cm)；骤冷延迟高度A为6.6英寸(16.8cm)；骤冷连接管355高C1为12.5英寸(31.7cm)；连接管直径D2为1.5英寸(3.8cm)；连接圆锥325高C2为4.8英寸(12.2cm)，骤冷管330高C3为15英寸(38cm)。骤冷管330中的气流速度与喂料辊组件465(图4)的速度之比为1.12。
先在450处涂覆整理润滑剂，在导纱钩455处将单纤维会聚成纱线。通过喂料辊组件465将纱线输送到第一拉伸辊对470，然后送至拉伸辅助部件475。该喂料辊组件465具有1087米/分钟的表面速度和50℃的辊表面温度。第一拉伸辊对470的辊表面温度为室温，表面速度是喂料辊速度的2.8倍。纱线螺旋前进并与拉伸辅助部件475摩擦接触，并围绕内部加热的热管包裹一圈半。该拉伸辅助部件475的表面温度为181℃。
然后将纱线送至辊表面温度为215℃、提供了至少5倍于喂料辊速度或约5000米/分钟的总拉伸比的第二拉伸辊对480。该34头单纤维纱以6.5％的速度差用松弛辊组件485松弛，并4630米/分钟的速度卷绕成纱线卷装495。拉伸后，所得210旦(233分特-34头单纤维)纱线具有9.9克/旦(8.7厘牛顿/分特)的强度、18％的断裂伸长率和7.9％的热空气收缩率。测量的纱线甲酸RV为70。
                     比较例C
干燥含有约0.1％碘化铜的60RV尼龙6，6聚合物薄片(来源：E.I.du Pont de Nemours，Waynesboro，Virginia)并像比较例A那样熔融挤出。在该比较例中采用现有技术的使用横流骤冷***(图2中的230)的熔融挤出和联用的多级拉伸组件。纺丝板(包含在纺丝组件210中)有34根毛细管。制备34头单纤维复丝。将该纱线在240上抹油并会聚成纱线，然后通过表面温度60℃的喂料辊260向前输送。第一级拉伸辊对270的表面温度为170℃。第二级拉伸辊对275的表面温度为215℃。未使用图2中的任选拉伸辊组件280。纱线纺丝速度由辊组件275的表面速度决定。以3个不同纺丝速度、3个最大拉伸比(辊275速度除以辊260速度)和由辊组件285和络纱机295提供的相关纺丝速度松弛率百分比制备公称纤度为每丝6旦(6.7分特)的纱线。测量的纱线甲酸RV为60。每种纺丝速度试验下的强度和断裂伸长率见表1。
表1中的这些值相当于现有技术横流骤冷的限值。最好的说明是不中断基本工艺可获得的最大拉伸比降低，例如纺丝速度提高时断裂单纤维的程度高。由于不能采用较高的拉伸比，纺丝速度提高时可实现的纱线强度降低。
                                        表1
比较例C
纺丝速度(图2中辊275的表面速度，米/分钟)   2660  3660   4655
拉伸比(275的速度/260的速度)   5.5  4.5   2.5
强度，克/旦(厘牛顿/分特)   8.9(7.8)  8.5(7.5)   6.6(5.8)
断裂伸长率，％   15.0  14.9   19.6
辊285的松弛率，％ 6.6 5.2 0.1
                            实施例6
干燥含有约0.1％碘化铜的60RV尼龙6，6聚合物薄片(来源：E.I.du Pont de Nemours，Waynesboro，Virginia)并像比较例A那样熔融挤出。使用采用图3中描述的气流骤冷***的图5的熔融挤出和多级拉伸联用组件纺丝并拉伸34头单纤维纱。纺丝组件510中包含的纺丝板有34根毛细管。采用具有表2中给出尺寸的气流骤冷组件(图3)。将该纱线在气流骤冷后在530上抹油并通过猪尾形导纱钩535会聚成复丝纱。纱线通过表面温度60℃的喂料辊组件540输送到两级拉伸辊组件。第一级拉伸辊545的表面温度为170℃，第二级拉伸辊550的表面温度为215℃。以3种不同纺丝速度制备210旦(233分特-34头单纤维)纱线。总拉伸比等于辊550的速度除以辊540的速度，络纱机处速度的松弛率百分比在表2中给出。测量的纱线甲酸RV为60。
每种纺丝速度试验下的强度和断裂伸长率示于表2。如比较例C，拉伸比是由工艺连续性，例如过量的断裂单纤维所允许的最大拉伸比。
                                           表2
实施例6
纺丝速度(图5中的辊组件550)   2660米/分钟   3660米/分钟   4660米/分钟
A，骤冷延迟高度 20.3cm 20.3cm 20.3cm
B，骤冷屏高度     15.2cm     15.2cm     15.2cm
C1，连接管高度     20.3cm     20.3cm     20.3cm
C2，连接圆锥高度     12.2cm     12.2cm     12.2cm
C3，管高度     38.1cm     38.1cm     38.1cm
D1，骤冷屏直径     10.2cm     10.2cm     10.2cm
D3，1.5英寸(3.8cm)的管直径     3.8cm     3.8cm     3.8cm
空气速度与喂料辊(540)速度之比，Eq.1     0.97     1.1     0.88
拉伸比，辊550速度/辊540速度     5.8     5.5     4.7
强度，克/旦(厘牛顿/分特)     9.5(8.4)     9.3(8.2)     8.6(7.6)
断裂伸长率，％     16.2     15.2     17.3
松弛，辊550到辊560的速度变化％     6.4     5.5     0.9
用气流骤冷纺丝拉伸联用***制造高拉伸纱的实施例6引入注目地表明，气流骤冷纺丝方法的效果超过了比较例C中现有技术的横流骤冷。在所用的两种最低纺丝速度2660和3660米/分钟下，对于横流骤冷(表1)和气流骤冷(表2)的纱线强度和断裂伸长率不同。这种差别是由于气流骤冷的纱线能拉伸到较高的拉伸比，而不会在纺单纤维时断裂，即损失了工艺连续性。
横流骤冷的纱线(表1)在3660米/分钟下的拉伸程度较低，因为单纤维断裂中断了纺丝连续性。在最高的纺丝速度4660米/分钟下比较(见表1和2)，用气流骤冷能获得高得多的拉伸比而不会使单纤维断裂。这种拉伸比能制备比用横流骤冷组件纺的纱强度高的纱线。
                       比较例D
干燥来自E.I.du Pont de Nemours and Co.，Waynesboro，Virginia的含有约0.1％碘化铜抗氧化剂的60RV尼龙6，6聚合物薄片，并像采用现有技术横流骤冷***的图2所示用纺丝机熔融挤出。纺丝组件210包含34孔喷丝板。喂料辊260表面温度为常温。未使用第一级拉伸辊270和第二级拉伸辊275。纱线从喂料辊组件260出来后立即收拢。用4种不同喂料辊纺丝速度和4种不同的每纺丝孔每分钟的质量流量通过量制备4种纱线。这些条件都使单纤维纤度在所有速度与通过量结合的喂料辊上保持恒定。纱线不拉伸。测量的所纺制纱线的甲酸RV为60。测量纱线试样的双折射。
                       实施例7
将与比较例D相同的聚合物挤出到图5所示本发明的联用纺丝拉伸单纤维纺丝机中。采用比较例D的试验条件，但将骤冷装置从横流变成气流骤冷(如图3)。在喂料辊组件540后直接集束气流骤冷的34头单纤维纱。测量在与比较例D所用相同的4种喂料辊速度和每个纺丝孔的质量通过量条件下制备的纱线的双折射。结果示于表3。
比较表3中给出的本发明实施例7和比较例D的结果清楚地表明气流单纤维骤冷超过现有技术的横流骤冷***的优点。对于比较例D，在每种喂料辊速度和聚合物产量下测量的单纤维双折射都高于相同条件下对于气流骤冷测量的双折射。气流骤冷纱线的双折射指示了较低取向的聚合物，即能进一步拉伸并变成更高取向的聚合物。更高取向聚合物的拉伸纱将具有比低取向聚合物的拉伸纱更高的强度和更低的断裂伸长率。在喂料辊上集束的气流骤冷单纤维具有一贯低于横流骤冷单纤维的双折射。事实上，以最高纺丝速度集束的气流骤冷单纤维的双折射仅比以最低纺丝速度集束的横流骤冷纱线的双折射高约18％。由于气流骤冷单纤维在骤冷过程中的取向很低，即使在较高的纺丝速度下也如此，因此用气流骤冷也可能获得较高生产率的纺丝和机械拉伸方法。
                            表3
每个喷丝板孔的通过量(g/min) 喂料辊速度(米/分钟)   比较例D对横流骤冷的双折射     实施例7对气流骤冷的双折射
    1.69     532     0.00975     0.00211
    2.32     732     0.01323     0.00448
    3.05     960     0.01688     0.01027
    3.81     1200     0.01982     0.01152
                      比较例E
干燥来自E.I.du Pont de Nemours and Co.，Waynesboro，Virginia的含有约0.1％碘化铜抗氧化剂的60RV尼龙6，6聚合物薄片，并像上述实施例中那样熔融挤出到图2所示具有两个联用拉伸段的纺丝机中。采用现有技术的横流骤冷装置。纺丝组件包含34孔喷丝板冲模，并制备34头单纤维纱。纱线250通过表面温度60℃的喂料辊260输送。第一级拉伸辊270表面温度为170℃，第二级拉伸辊275表面温度为215℃。用3种不同纺丝速度(拉伸辊组件275的速度)和总拉伸比(辊275除以喂料辊260的速度比)制备210标称纤度(233分特-34头单纤维)纱线。测量的纱线甲酸RV为60。每种纺丝速度试验下的纱线强度示于表4。
                       比较例F
干燥与比较例E相同的60RV尼龙6，6聚合物薄片，并熔融挤出到图2所示具有3个联用的拉伸段的纺丝机中。采用相同的现有技术横流骤冷***。喂料辊260表面温度为60℃。第一拉伸辊270、第二拉伸辊275和第三级拉伸辊280的表面温度分别为170℃、230℃和230℃。包含在纺丝组件210中的纺丝板有34个孔，并用3种不同纺丝速度(最高速度拉伸辊280的速度)和总拉伸比(辊280除以喂料辊260的速度比)制备34头单纤维纱(210旦或233分特-34头单纤维)。测量的纱线甲酸RV为60。每种纺丝速度试验下的纱线强度示于表4。
                                           表4
纺丝速度2660米/分钟 强度，克/旦(厘牛顿/分特) 纺丝速度3660米/分钟 强度，克/旦(厘牛顿/分特) 纺丝速度4660米/分钟 强度，克/旦(厘牛顿/分特)
比较例E横流；2级拉伸 拉伸比＝5.5 9.5(8.4) 拉伸比＝4.3 8.6(7.6) 拉伸比＝2.6 6.0(5.3)
比较例F横流；3级拉伸 拉伸比＝5.5 9.5(8.4) 拉伸比＝4.7 8.8(7.8) 拉伸比＝3.0 7.7(6.8)
实施例8
在本发明的本实施例中，将与比较例E和F中所用的相同的60RV尼龙6，6聚合物薄片干燥，并熔融挤出到采用图3所示气流骤冷***的图5所示的联用纺丝拉伸机中。仅采用两个拉伸段，越过辊组件555。纺丝组件510中所含的纺丝板有34个孔。在纤维给油辊530处给单纤维515抹油，并在猪尾形导纱钩535处会聚成34头单纤维纱。通过运行在60℃表面温度下的喂料辊540将该纱线输送到联用的1对拉伸段。第一级拉伸辊545和第二级拉伸辊550的表面温度分别为170℃和215℃。以3种不同的纺丝速度(纺丝速度是辊组件550的速度)和总拉伸比(总拉伸比为辊550的速度除以辊540的速度)制备3种210旦(233分特-34头单纤维)的纱线。将纱线以等于辊组件560与550的速度差除以辊组件550的速度的量的速度差松弛。测量的纱线甲酸RV为60。
每种纺丝速度试验下的纱线性能示于表5。
实施例9
用同样的聚合物，并采用图5的装置的纺丝板和3级拉伸辊(包括辊组件555)，重复实施例8。第一级拉伸辊545、第二级拉伸辊550和第三级拉伸辊555的表面温度分别为170℃、230℃和230℃。以3种不同的纺丝速度(纺丝速度是辊组件555的速度)和总拉伸比(总拉伸比为辊555的速度除以辊540的速度)制备3种210旦(233分特-34头单纤维)的纱线。将纱线以等于辊组件560与555的速度差除以辊组件555的速度的量的速度差松弛。测量的纱线甲酸RV为60。
每种纺丝速度试验下的纱线性能示于表5。
                                            表5
纺丝速度2660米/分钟 强度，克/旦(厘牛顿/分特) 纺丝速度3660米/分钟 强度，克/旦(厘牛顿/分特) 纺丝速度4660米/分钟 强度，克/旦(厘牛顿/分特)
实施例8气流骤冷；2级拉伸 拉伸比＝6.0 9.6(8.5) 拉伸比＝5.2 9.2(8.1) 拉伸比＝4.8 8.3(7.3)
实施例9气流骤冷；3级拉伸 拉伸比＝6.4 10.7(9.4) 拉伸比＝5.8 9.9(8.7) 拉伸比＝5.2 9.3(8.2)
表4和5的数据表明，与现有技术横流骤冷***与联用的纺丝拉伸方法比较，气流骤冷***和联用纺丝拉伸装置能获得更高的生产率。结果，在由于采用横流骤冷而使断裂单纤维的数量增加，从而不可能实现的总拉伸比下，不论拉伸的级数多少，都能以较高的总纺丝速度制备高强度聚酰胺单纤维纱。
                      实施例10
在本实施例中采用图4的带有两级拉伸辊联用纺丝拉伸装置，不用热管475。将来自DuPont Canada的70RV尼龙6，6聚合物熔融挤出到包含34根毛细管喷丝板的纺丝组件410中。将该34头单纤维用图3所示装置进行气流骤冷。单纤维在450上抹油并在猪尾导纱钩455处会聚成34头单纤维纱。通过喂料辊组件465将该纱线送至采用拉伸辊组件470和480并越过热管475的两级联用拉伸。纺丝速度(速度最高的拉伸辊组件480的速度)如表6所示从2660米/分钟至6000米/分钟变化。喂料辊组件465、第一级拉伸辊470和第二级拉伸辊480的温度分别为50℃、170℃和215℃。拉伸比为辊组件480的表面速度与辊组件465的表面速度之比。松弛量由辊组件480与485之间的表面速度差除以辊组件480的表面速度给出。在降低聚合物生产量的情况下进行5000米/分钟和6000米/分钟的试验，以便提供110旦(122分特-34头单纤维)纱线，以代替在较低纺丝速度下提供的210旦(233分特-34头单纤维)纱线。纱线松弛率(速度降低)通过在卷绕成纱线卷装495前由辊组件485提供。纱线卷装卷绕的例外是以6000米/分钟纺制的纱线。这些纱线不卷绕，但被吸入到本领域公知的纱线拉紧装置中。
表6概括了制备的5种气流骤冷和拉伸纱试样的性能。
在用与本发明实施例10中相同的聚合物进行的对比实验中，拉伸纱用具有图1所示的联用的两级拉伸辊组件，但越过热管90的现有技术的横流骤冷装置制备。纺丝板如上所述具有34孔。单纤维在50处抹油并会聚成34头单纤维纱。纱线通过喂料辊组件70输送到采用拉伸辊组件80和100的两级联用拉伸并越过热管90。纺丝速度(速度最高的拉伸辊组件100的速度)如表6所示从2660米/分钟至4200米/分钟变化。拉伸比为拉伸辊组件100与喂料辊组件70的表面速度之比。喂料辊组件70、第一级拉伸辊80和第二级拉伸辊100的温度分别为50℃、170℃和215℃。松弛量由辊组件120与100之间的表面速度差除以辊组件100的速度给出。210旦(233分特)的纱线在用辊组件120的速度松弛后卷绕成纱线卷装140。
表6概括了制备的3种横流骤冷和拉伸纱试样的性能。
                                       表6
骤冷气流装置 纺丝速度(米/分钟) 气流空气速度与喂料辊速度之比(Eq.1) 拉伸后的纱线纤度(34头单纤维) 强度，克/旦(厘牛顿/分特)和断裂伸长率％ 拉伸比(最大) 对减速辊120的松弛率
横流 2660 … 210 10.6(9.3)15.1％ 5.6 6.5％
横流 3660 … 210 9.6(8.5)17.5％ 4.8 3.3％
横流 4200 … 210 8.8(7.8)19.9％ 3.6 2.6％
气流 2660* 1.20 210 10.4(9.2)17.3％ 6.0 6.5％
气流 3660* 1.00 210 11.2(9.9)15.0％ 6.0 4.4％
气流 4200* 1.05 210 10.6(9.4)16.3％ 5.6 2.6％
气流 5000** 0.88 110 10.2(9.0)12.9％ 5.6 3.4
气流 6000** 1.12 110 … 5.6 …
*这里的骤冷屏的直径D1为4.0英寸(10.2cm)，骤冷屏高度B为6.5英寸(16.5cm)；骤冷延迟高度A为6英寸(15.2cm)；骤冷连接管高C1为12.5英寸(31.7cm)；连接管直径D3为1.5英寸(3.8cm)；连接圆锥高C2为4.8英寸(12.2cm)；和管高C3为15英寸(38cm)。
**在这两种情况下，所有上述参数均相同，只有骤冷连接管高度C1为5英寸(12.7cm)。
表6中的这些结果表明，本发明的方法可在约6000米/分钟的纺丝速度下使用。现有技术采用横流骤冷方式的联用纺丝拉伸方法在仅约4200米/分钟的速度下就由于过多的纺丝断裂而不能提供良好的纺丝连续性。在5000米/分钟的纺丝速度下，气流骤冷的联用纺丝拉伸方法仅用5.6的机械拉伸比就提供了高强度(9.0厘牛顿/分特)纱线。现有技术方法以2660米/分钟的纺丝速度才能提供大致相同强度的纱线，但要求6.6的总最大拉伸比。这些233分特、34头的单纤维纱在性能的平衡上基本相同。然而，本发明的联用纺丝拉伸方法的纱线生产量提高了约88％。这种生产量的提高是商业上很明显的优点，并优于现有技术的方法。本实施例表明，气流骤冷方式结合联用多级拉伸方法允许较高的纺丝速度和较高的总拉伸比，同时保持高纱线强度和用横流骤冷方式不能实现的百分比提高的纱线的断裂伸长率性能。
                       比较例G
在用本发明实施例10中采用的相同聚合物进行的另一个比较例中，用图1所示联用两级拉伸辊组件的现有技术的横流骤冷装置制备拉伸纱。
在这里越过了热管90，采用两级联用拉伸辊组件80和100。纺丝速度(辊100的表面速度)为2800米/分钟，总拉伸比(辊100与辊70速度之比)为4.1。拉伸后，所得110旦(122分特-34头单纤维)纱具有8.3克/旦(7.3厘牛顿/分特)的强度和14％的断裂伸长率。沿所制备的每种纱线试样长度(“沿端”)的纤度均匀性为3.7％。
                     实施例11
在本发明的实施例中，用与本发明实施例10相同的聚合物，用图3所示气流骤冷装置和图4所示联用两级拉伸辊组件，但没有热管475，制备拉伸纱。骤冷屏的直径D1为4.0英寸(10.1cm)骤冷屏B为6.5英寸(16.5cm)；骤冷延迟高度A为6.6英寸(16.8cm)；骤冷连接管高C1为12.5英寸(31.8cm)；连接管直径D3为1.5英寸(3.8cm)，连接圆锥高C2为4.8英寸(12.2cm)；和管高C3为15英寸(38cm)。由Eq.1给出的空气速度与喂料辊组件速度之比为1.02。纺丝板有34个孔。纺丝速度(辊组件480的表面速度)为5000米/分钟，总拉伸比(辊480与辊465速度之比)为4.6。所得110旦(122分特-34头单纤维)纱具有8.4克/旦(7.4厘牛顿/分特)的强度和22％的断裂伸长率。沿所制备的每种纱线试样长度(“沿端”)的纤度均匀性为1.1％。
将本发明的实施例11与比较例G比较表明，采用以高速运行的联用纺丝拉伸工艺的气流骤冷方式实现了优异的沿端纤度均匀性。122分特-34头单纤维纱的强度基本相同，然而制备高均匀性气流骤冷纱线的纺丝生产率比用现有技术骤冷方式制备的纱线高1.7倍。
虽然本发明通过参考特定和优选的实施方案进行了举例说明，但本领域普通技术人员应该承认，可通过本发明的常规试验和实践进行变化和修改。因此，本发明不限于上述描述，而由附属权利要求及其等价物限定。

Claims (22)

1、聚酰胺纱线的制备方法，包括：
通过纺丝组件挤出聚合物熔体，形成至少一根单纤维；
使单纤维通过气流骤冷腔，向单纤维提供骤冷气体，以冷却并固化单纤维，其中骤冷气体的流动方向与单纤维方向相同；和
使至少一根单纤维通过机械拉伸段，拉伸并伸长单纤维，制成纱线。
2、根据权利要求1的方法，其中至少一根单纤维包含许多单纤维，所述方法还包括将许多单纤维会聚成复丝纱，并使纱线通过机械拉伸段拉伸和伸长纱线。
3、根据权利要求1的方法，其中至少一根单纤维包含每根纱线一根单纤维，且该纱线是单丝纱。
4、根据权利要求1的方法，其中单纤维以约3-约6的拉伸比拉伸。
5、根据权利要求1的方法，其中单纤维以低于1500米/分钟的速度通过骤冷腔。
6、根据权利要求1的方法，其中单纤维通过至少一个拉伸段，且其中单纤维通过最后的拉伸段的速度大于约2600米/分钟。
7、根据权利要求6的方法，其中单纤维以高于约4500米/分钟的速度通过最后的拉伸段。
8、根据权利要求1的方法，其中在约2600-约5000米/分钟的纺丝速度下，骤冷腔出口处冷却气体的速度与牵拉单纤维的第一辊的速度之比为约0.6-约2.0。
9、根据权利要求1的方法，其中以低于纺丝速度约0.1％-约7％的卷绕速度将单纤维卷绕成卷装。
10、根据权利要求1的方法，其中拉伸步骤包括经由热管的拉伸。
11、根据权利要求1的方法，其中单纤维每丝的分特为约2.5-9。
12、根据权利要求1的方法，其中单纤维的双折射在单纤维拉伸前为0.002-0.012。
13、根据权利要求1的方法，其中聚合物熔体包含彩色的或消光的颗粒。
14、根据权利要求13的方法，其中颗粒选自二氧化钛、硫化锌和彩色颜料。
15、根据权利要求13的方法，其中聚合物熔体含有约0.01-约1.2％重量的彩色或消光的颗粒。
16、由权利要求1或权利要求2的方法制备的纱线。
17、由权利要求1或权利要求2的方法制备的全拉伸纱线。
18、根据权利要求17的纱线，具有至少约5克/旦(4.5厘牛顿/分特)的强度。
19、根据权利要求18的纱线，其在约2600米/分钟-大于约5000米/分钟的纺丝速度范围内，具有约7-约10厘牛顿/分特(7.9-11.3克/旦)的强度。
20、根据权利要求18的纱线，其具有约15％-约22％的断裂伸长率。
21、根据权利要求16的纱线，其具有小于3.7％的纤度散布。
22.根据权利要求16的纱线，其具有小于10％的热空气收缩率。
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