CN1771357A - 纺丝热处理的聚对苯二甲酸三亚甲酯纱线 - Google Patents

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Abstract

一种制造聚对苯二甲酸三亚甲酯纱线的纺丝方法，包括将聚对苯二甲酸三亚甲酯聚合物加到料斗(1)中，将聚合物喂入挤压机(2)进入喷丝头组件(3)。喷丝头组件(3)装有纺丝泵(4)和喷丝组件(5)。聚合物丝条(6)排出喷丝头组件(3)并用空气喷冷(7)。在上油器(8)将油剂施加到丝条(6)上。丝条(6)经交络喷嘴(9)冷却，并到第一热导丝辊10和其分丝辊(11)。丝条(6)经交络喷嘴(12)冷却，和到第二冷导丝辊(13)与分丝辊(14)。丝条(6)经铺展导向器(15)到络筒机(16)到卷装(17)上。

Description

纺丝热处理的聚对苯二甲酸三亚甲酯纱线
                  相关申请交叉参考
本申请涉及并要求2003年9月16日提交的美国系列号10/663295和2003年2月5日提交的美国临时专利申请系列号60/445,158的优先权益，在此引入其全部内容作为参考。
                       技术领域
本发明涉及聚酯纱线及其制造。更具体地说，本发明是一种提供耐贮存老化的聚对苯二甲酸三亚甲酯纱线的方法，该纱线适于用作后加工如拉伸和/或拉伸变形的喂入丝，也适于直接用在织物中而不经进一步加工。
                       背景技术
聚对苯二甲酸乙二酯(“2GT”)和聚对苯二甲酸丁二酯(“4GT”)，一般称作聚对苯二甲酸亚烷基二醇酯，是普通市售聚酯。聚对苯二甲酸亚烷基二醇酯具有优良的物理和化学性能，特别是，化学、热和光稳定性，高熔点和高强度。因此，它们广泛应用于树脂、薄膜和纤维领域。
聚对苯二甲酸三亚甲酯(“3GT”)作为纤维得到了日益增长的市场关注，其原因在于近来开发了关于1，3-丙二醇(PDO)的低成本路线，它是聚合物主链成分之一。3GT长期以来以纤维形式得到理想认可，乃是因为其常压分散染料可染性、低弯曲模量、弹性回复和回弹性。
喂入丝，如部分取向丝，“POY”，典型地通过起始聚合物的熔融纺丝制备。喂入丝，在不经过进一步拉伸或拉伸变形的条件下，没有制造纺织产品所需要的性能，迄今常常须经贮存。在贮存期间，随后加工之前，喂入丝常常发生老化，导致性能降低。作为拉伸变形或拉伸工艺的喂入丝，POY时常从纤维生产商转到POY拉伸变形或拉伸厂。
3GT POY纱线的显著老化问题一般发生在纱线自纺丝机生产之后至纱线在拉伸机或变形机加工之前的时间中。(相反，2GT纱线在纱线贮存时间中一般不会非常迅速地发生老化，因此在贮存时间长达如3个月之后，仍然可以适用于下游的拉伸或拉伸变形操作。)3GT纱线的老化问题在贮存和运输过程中在高温下是特别显著的。例如，在没有空调的工厂中在夏季月份中贮存期间纱线可以经历38℃及更高的温度。POY 3GT纱线在38℃或更高温度下贮存，在24hr以下时间内，就会变得不适于随后的加工。
EP 1 172 467 A1公开了一种制造3GT纱线的方法，其中纺丝工艺和贮存在严格温度和湿度条件下进行，温度为10～25℃，相对湿度为75～90％。这种工艺，对于在温暖气候下贮存车间没有空调的制造商或者借助没有空调的卡车或其它运输设备进行所纺的纱(spun yarn)运输的制造商来说，是不切实际的。EP 1 172 467 A1进一步公开了，温度对纱线收缩的显著影响，其会导致卷装形变，这对于随后的拉伸和变形工艺而言是不适宜的。
相似地，EP 1 209 262也公开了一种3GT纱，据说能够贮存和随后变形。该专利声称，其纱具有改进的卷装卷绕，只要纤维的取向为按双折射计量的0.030～0.070，结晶度为按纤维密度计量的1.320～1.340g/cm3。提供了一种生产此类纤维的方法，包括：在纺丝工艺期间热处理(50～170℃)纤维和使纤维结晶，以及在极低的张力(0.02～0.20CN/dtex)下立即卷绕。但是，在该专利中公开的技术涉及：第一导丝辊是冷的，而第二导丝辊是热的，以及在热导丝辊之后紧接着进行卷装的卷绕。
JP 02129427评论了在热导丝辊之后紧接着进行卷装卷绕的纺丝热处理工艺。按照JP 02129427，在热导丝辊之后直接进行卷装卷绕给出软丝条，这是通过在热导丝辊和卷绕机之间的丝条处于高温所引起的。这种软丝条导致丝条摆动，从而使纺丝断头增加，或者在自动落筒中卷装换向时漏纱数增加。另外，为了改善纱线均匀性，减少工艺中软丝条引起的纺丝断头，或者减少工艺中软丝条条引起的在自动落筒中的卷装换向漏纱，在热导丝辊和卷绕机之间的卷绕张力必须增加。增加的卷绕张力不能避免发生紧卷装卷绕。所以，在热导丝辊之后紧接着进行卷装卷绕的工艺不是先进的技术，先进的技术应该能够在不发生紧卷装卷绕的条件下、在不发生纺丝断头的条件下或不发生卷装换向漏纱的条件下制造PTT-POY。
UPS 6,399,194和JP 01 214372公开的方法包括：3GT纱线在骤冷和向初生纤维(spun fiber)施加油剂之后经受热处理步骤，然后进行卷绕。在这些方法中，热纱线直接卷绕到卷装上，从而避免了丝条在卷绕之前在低张力下通过其它导丝辊。
WO 01/85590公开了在纺丝过程中热处理未结晶纱。因为纱线是无定形的，施加拉伸使丝条通过第二(冷)导丝辊。
JP 02129427考虑到较早的专利遇到的一些问题，并在热导丝辊之后卷绕之前设置冷导丝辊。
在认识了3GT喂入丝的老化是一个问题的情况下，理想的应该是提供一种几乎不发生纺丝断头的纺丝方法，该方法能够生产卷装尺寸大，例如约6kg或以上，的纱线，并且具有高均匀性，还具有低的凸边或表面凹陷形成。另外，理想的应该是，该方法提供具有稳定卷装成形和稳定纱线性能的纱线卷装，即，卷装不变形，并且纱线在高贮存温度如38℃或更高下不发生性能变化。
                      发明概述
按照本发明的第一方面，一种方法包括：
(a)经过喷丝板挤出融熔3GT；
(b)驱冷挤出的3GT形成固态丝丝条，其中所述丝130℃张力为约0.02g/d以上；
(c)使上述丝到以一种速度和温度运行的热导丝辊以加热丝条，其中加热丝条的所述速度和温度足以提供DWS值为约4％或更小的纱线；和
(d)冷却所得纱线至约35℃或更低的温度。在骤冷之后能够将油剂施加到固态丝上。优选，冷导丝辊速度提供在热导丝辊和冷导丝辊之间的拉伸比为约1.04或更低。在自冷导丝辊的丝条卷绕在卷装上时，优选，卷绕使得真纱速小于冷导丝辊的速度。另外，优选，所得丝在大于约0.04克/旦(g/d)的张力下卷绕在卷装上。
按照本发明的另一方面，丝条张力在到冷导丝辊之前增加。
按照本发明的再一个方面，熔纺聚对苯二甲酸三亚甲酯纱的干热收缩(DWS)为约4％或更小。优选，DWS为约2％或更小。按照本发明的又一个方面，卷绕在卷装上的熔纺聚对苯二甲酸三亚甲酯纱，在暴露于41℃至少约3.2hr之后，凹陷比(dish ratio)为约0.82或更低，或者卷装直径差异为约2mm或更低。
按照本发明的再一个方面，DWS为约4％或更低的纱线能够卷绕成纱线层厚度至少约50mm和卷装重量至少约6kg的卷装。所卷绕的卷装的纱线层厚度能够为至少约63mm、约74mm、约84mm或者甚至至少约94mm，和卷装重量至少约8kg、约10kg、约12kg或甚至约14kg。优选，卷绕卷装的凸边比(bulge ratio)小于约9％，凹陷比为约2％或更低。优选，纱线卷绕在芯管周围，并且基本没有塌陷。
优选，纱线强度等于或大于约2.5g/d。还优选，纱线模量小于或等于约23g/d。另外，优选纱线鸟斯特小于或等于约2％。还有，优选纱线退浆收缩率小于或等于约14％。
按照本发明的再一个方面，自熔纺聚对苯二甲酸三亚甲酯纱制的，具有DWS约4％或更低、纱线层厚度至少约16mm、重量至少约1.5kg和卷装直径至少约142mm的卷装，在暴露于至少41℃下至少3.2hr后，具有的凹陷比为约0.82％或更低。
按照本发明的又一个方面，自熔纺聚对苯二甲酸三亚甲酯纱制的，具有DWS的约4％或更低、纱线层厚度为约20～30mm、重量为约2～3kg和卷装直径约151～169mm的卷装，在暴露于至少41℃下至少3.2hr后，具有的卷装端部和中部直径差异为约2mm或更低。
在本发明的另一方面中，一种方法包括：
(a)测定纱线的未拉伸长度，作为L1；
(b)在某温度下加热该纱线某段时间，足以使该纱线得到至少85％的其平衡收缩；
(c)冷却加热过的纱线；
(d)测定冷却过的纱线的未拉伸长度，作为L2；和
(e)计算纱线的干热收缩(DWS)，所用公式如下：
DWS = L 1 - L 2 L 1 × 100
优选，加热温度为约30～90℃。还优选，加热时间按照如下关系通过加热温度决定：
        加热时间≥1.561×1010×e-0.4482(加热温度)
其中加热时间以分钟为单位，加热温度以摄氏度为单位。更优选，加热时间按照如下关系通过加热温度决定：
        加热时间≥1.993×1012×e-0.5330(加热温度)
其中加热时间以分钟为单位，加热温度以摄氏度为单位。
                       附图简述
图1示出用于本发明的纺丝设备配置。
图2提供说明纱线卷装凸边和凹陷变形的示意图。
图3是示出DWS和老化卷装直径差异与凹陷比，老化现象之间关系的图。
图4是示出纱线卷装在老化前后的凹陷比和卷装直径差异的图。
                      发明详述
本发明提供由于在纺丝过程中进行热处理而具有改善的耐老化性的、用于拉伸和变形工艺的3GT喂入丝，以及3GT直接最终应用纱。特别是，本发明提供经在温度可达38℃，甚至更高的情况下贮存后仍是稳定的纱线。这种稳定的纱线能够在纺丝期间容易地进行卷装卷绕，能够生产大尺寸卷装，即6kg以上者，并且所生产的卷装在贮存后具有低凹陷比和低凸边比。另外，卷装对芯管塌陷(tube crushing)不敏感。通过本发明方法生产的3GT纱线具有与在不进行热处理条件下生产的其它纱线相似的伸长和强度，因此保持了纺丝工艺的生产能力。本发明提供一种纺丝方法，其中用于纺丝工艺的纺丝参数，在如老化试验所决定的那样的耐老化性的基础上进行选择。
聚对苯二甲酸三亚甲酯3GT
本发明提供的纱线以3GT聚合物为基础，所述聚合物涵盖均聚物和含有至少约70mol％对苯二甲酸三亚甲酯重复单元的共聚酯或共聚物。优选的聚对苯二甲酸三亚甲酯含有至少约85mol％，更优选至少约90mol％，甚至更优选至少约95或至少约98mol％，和最优选约100mol％对苯二甲酸三亚甲酯重复单元。
所谓的“共聚酯或共聚物”涉及采用三种或多种每种具有两个成酯基团的反应物制造的那些聚酯。例如，能够应用共聚对苯二甲酸三亚甲酯，其中，制造所述共聚酯采用的共聚单体选自含有4～12个碳原子的线型、环状和支化脂族二羧酯(例如丁二酸、戊二酸、己二酸、十二烷二酸和1，4-环己烷二羧酸)；除了对苯二甲酸的、含有8～12个碳原子的芳族二羧酸(例如：间苯二甲酸和2，6-萘二羧酸)；含有2～8个碳原子的线型、环状和支链脂族二醇(除外1，3-丙二醇，例如，乙二醇，1，2-丙二醇，1，4-丁二醇，3-甲基-1，5-戊二醇，2，2-二甲基-1，3-丙二醇，2-甲基-1，3-丙二醇和1，4-环己烷二醇)；和含有4～10个碳原子的脂族和芳族醚二醇(例如，氢醌双(2-羟乙基)醚，或分子量为约460以下的聚(亚乙基醚)二醇，包括二亚乙基醚二醇)。共聚单体在共聚酯中的存在量典型地能为约0.5～约15mol％，最高存在量能为约30mol％。
聚对苯二甲酸三亚甲酯能够含有少量其它共聚单体，这些共聚单体通常如此选择，使得它们对性能没有显著有害影响。这些其它共聚单体包括间苯二甲酸酯5-磺酸钠，其含量，例如，约0.2～5mol％。能够加入很少量三官能共聚单体，例如，偏苯三酸，用来控制粘度。
本发明的聚对苯二甲酸三亚甲酯的特性粘度(IV)为至少约0.80dl/g，优选至少约0.90dl/g，和最优选至少约1.0dl/g。本发明聚酯组合物的特性粘度优选最高约2.0dl/g，更优选最高约.15dl/g，和最优选最高约1.2dl/g。应该认识，为得到稳定的丝条和生产稳定的纱线，具有较低特性粘度的聚对苯二甲酸三亚甲酯，比具有较高特性粘度的聚合物，需要采用较高的纺丝速度。
聚对苯二甲酸三亚甲酯和制造聚对苯二甲酸三亚酯的优选制造工艺叙述在USP5,015,789，5,276,201，5,284,979，5,334,778，5,364,984，5,364,987，5,391,263，5,434,239，5,510454，5,504,122，5,532,333，5,532,404，5,540,868，5,633,018，5,633,362，5,677,415，5,686,276，5,710,315，5,714,262，5,730,913，5,763,104，5,774,074，5,786,443，5,811,496，5,821,092，5,830,982，5,840,957，5,856,423，5,962,745，5,990,265，6,232,511，6,235,948，6,245,844，6,255,442，6,277,289，6,281,325，6,297,408，6,312,805，6,325,945，6,331,264，6,335,421，6,350,895，6,353,062，和6,437,193，H.L.Traub，“Synthese undtextilchemische Eigenschaften des Poly-Trimethyleneterephthalats”，Dissertation Universitat Stuttgart(1994)，S.Schauhoff，“生产聚对苯二甲酸三亚甲酯(PTT)的新发展”Man-MadeFiber Year Book(1996年9月)和美国专利申请No 10/057,497，这些文献全部在此引入作为参考。用作本发明聚酯的聚对苯二甲酸三亚甲酯可市购自杜邦公司(Wilmington，Delaware)，商标名Sorona。
聚对苯二甲酸三亚甲酯也能是酸性可染聚酯组合物，正如2000年11月8日也能是酸性可染聚酯组合物，正如2000年11月8日提交的美国专利申请No 09/708,209(相应专利WO 01/34693)或2002年8月24日提交的09/938,760所叙述的，两份文献在此引入供作参考。美国专利申请No 09/708,209的聚对苯二甲酸三亚甲酯包含有效量的仲胺或仲胺盐，以促进酸性可染的和酸性染色的聚酯组合物的酸性可染性。优选，仲胺单元在聚合物组合物中的存在量至少为约0.5mol％，更优选至少为约1mol％。仲胺单元在聚合物组合物中的存在量优选为约15mol％或以下，更优选为约10mol％或以下，和最优选约5mol％或以下，以组合物重量为其准计。2001年8月24日提交的美国专利申请No09/938,760的酸性可染聚对苯二甲酸三亚甲酯组合物，包含聚对苯二甲酸三亚甲酯和基于叔胺的聚合物添加剂。聚合物添加剂制备自(i)含有仲胺或仲胺盐单元的三胺和(ii)一种或多种其它单体和/或聚合物单元。一个优选的聚合物添加剂包括选自聚亚氨基-双亚烷基-对苯二甲酰胺、-间苯二甲酰胺和-1，6-萘二甲酰胺，以及其盐的聚酰胺。酸性可染纤维也能采用四甲基哌啶聚醚二醇制备，正如USP 4,001,190所叙述的，在此引入作为参考。在本发明中应用的聚对苯二甲酸三亚甲酯也能包括阳离子可染或染色的组合物，例如，USP 6,312,805叙述的那些，在此引入作为参考，以及染色的或含染料的组合物。
能够将其它聚合物添加剂加入到聚对苯二甲酸三亚甲酯中，以便改善强度、便于后挤出加工或提供其它利益。例如，能够加入少量约0.5～约5mol％己二胺，以增加强度和提高本发明酸性可染聚酯组合物的加工性能。能够加入少量约0.5～约5mol％聚酰胺如尼龙6或尼龙66，以增加强度和提高本发明酸性可染聚酯组合物的加工性能。能够加入成核剂，优选约0.005～约2wt％二羧酸一钠盐，后者选自对苯二甲酸-钠、萘二羧酸-钠，和间苯二甲酸-钠作为成核剂，正如USP6,245,844所叙述的在此引入作为参考。
聚对苯二甲酸三亚甲酯能够，如果需要，含有添加剂，例如，消光剂、成核剂、热稳定剂、粘度改进剂(booster)、荧光增白剂、颜料和抗氧剂。TiO2或其它颜料能够加入到聚对苯二甲酸三亚甲酯、共混物或纤维制造中。(参见USP 3,671,379、5,798,433和5,340,909、6,153,679，EP 699 700和WO 00/26301，在此引入作为参考)。
纺丝工艺
在本发明方法中，纺丝能够采用生产聚酯纤维领域中的已知的传统设备进行。典型地，3GT可以以片状物料的形式得到。所述薄片在用于聚酯的典型片料干燥***中干燥。在干燥之后水份含量一般总是为约40ppm或更少。
挤出、骤冷和给丝上油的步骤能够按照聚酯纱纺丝领域中任何标准方法进行。典型地，聚合物流一旦从喷丝板挤出，就骤冷形成固态丝。骤冷能够以传统方式，采用空气或本领域中描述的其它流体(如：氮)实施。可以使用横向流动、径向流动或其它传统工艺。优选采用空气骤冷料流。将传统纺丝油剂施加到丝上。
油剂一旦施加到丝上，就使丝任选通过交络喷嘴，然后至热导丝辊。
在热导丝辊上的温度和圈数应当足以使丝经热处理并提供稳定丝条。一般说，温度为约90～165℃，优选为约115℃～160℃，更优选为约125～155℃。丝一般在热导丝辊上形成约4～10圈，借此丝被加热和经热处理。在热导丝辊较高温度下必须圈数较少，而较多圈数为供较低温度所用以便进行足够热处理。圈数太多或太少都会导致丝不稳定。例如，采用太少的圈数，导丝辊则难以适当握持丝条，这能导致在导丝辊和丝条之间的损耗。采用太多的圈数，导丝辊则会抖动和使丝条不稳定。当纱线产品的DWS值为约4％或更低时，丝则经受了充分热处理。
对于具有特定IV的给定3GT聚合物而言，在本发明中最低纺丝速度，应该保证，丝在固化之后在达到热导丝辊之前是充分结晶的，即，丝具有至少约0.02g/d的130℃张力，优选至少约0.03g/d。结晶使纺丝线具有张力而稳定丝条并且支持取向松弛。结晶的纱在某圈数、温度和速度的导丝辊上受热或经热处理，其中所述速度至少为最低纺丝速度以提供稳定工艺。
热导丝辊的速度被规定等于纺丝速度。聚合物IV越高总是使纺丝速度越低，聚合物IV越低则需要较高的纺丝速度，以使稳定的纺丝热处理工艺具有足够的纺丝线张力。例如，如果使用聚合物IV为约1.02的均聚物，热导丝辊的速度则至少为约3000m/min，以满足130℃张力要求。对于聚合物IV小于约1.02的均聚物而言，热导丝辊的速度值至少高于约3000m/min，对于IV大于约1.02的均聚物而言，热导丝辊的速度值至少小于约3000m/min。对于共聚物或共混聚合物而言，对热导丝辊速度进行类似调节，以赋予固化的丝在达到热导丝辊之前具有130℃张力为约0.02g/d以上。
在热导丝辊之后，丝条到冷导丝辊，其在冷却丝条到约35℃或更低的温度下。冷导丝辊的温度典型地为≤约35℃。重要的是，丝条在经热导丝辊热处理之后在冷导丝辊冷却以调节丝条的张力。在冷却丝条之前，能够使用其它加热设备，如另外的热导丝辊，或加热器。冷却的丝在冷导丝辊上至少0.5圈。在冷导丝辊前或后没有冷却设备时，会需要较多圈数的丝条在冷导丝辊上。
优选，丝条在热导丝辊和冷导丝辊之间以适当的设备冷却。典型地，冷却通过丝条从热导丝辊到交络喷嘴来完成。应用交络喷嘴，除了提供冷却之外，还增加到冷导丝辊的丝条的张力。
冷导丝辊的速度使得拉伸比(拉伸比＝冷导丝辊速度/热导丝辊速度，在两个导丝辊***中)为约1.04以下。优选拉伸比在约1.02以下，更优选拉伸比为约1.0或更低。当冷导丝辊比热导丝辊慢时，即，拉伸比小于约1，丝条则处于松驰状态。
限制拉伸比在纺丝能进行的较低范围。如果拉伸比太低，则没有足够的丝条张力维持丝条在所需要的纺丝速度下通过导丝辊。随着拉伸比增加，伸长显著减少而强度增加，导致纺丝生产能力下降。拉伸比大于约1.04可以引起卷装卷绕问题，例如形成凹陷和芯管塌陷，使纱线卷装不能应用。
然后将丝卷绕在卷装上，其中真纱速，本文定义为卷取时的纱速，小于冷导丝辊速度。真纱速由下式计算：
其中，SP(WU)是卷取速度，HA是卷绕螺旋角。丝在收卷张力大于约0.04g/d下卷取，优选大于约0.05g/d。丝在收卷张力小于约0.12g/d下卷取，优选小于约0.10g/d，更优选小于约0.8g/d。收卷张力通过卷取超喂控制，按照式(III)进行。
OvFd ( WU ) = 100 % × SP ( G 2 ) - TYS SP ( G 2 ) - - - ( III )
其中，OvFd(WU)是卷取超喂，SP(G2)是冷导丝辊的纺速，TYS是如上文所定义的真纱速。
虽然上述讨论涉及作为第一导丝辊的热导丝辊和作为第二导丝辊的冷导丝辊，但是应该认识到，可以应用替代纺丝设备配置，只要它们不偏离本发明精神。例如，骤冷了的丝条可以在如上所述的“第一”热导丝辊上纺之前先在冷导丝辊上纺。在前的冷导丝辊可以以与热导丝辊相同的或稍高的速度运行。替代地，在冷导丝辊之前可以应用两个热导丝辊。其它替代可以包括用一组导丝辊，两个或多个导丝辊一组，代替热导丝辊或冷导丝辊(或两者)，只要丝条首先通过热导丝辊或热导丝辊组和然后到冷导丝辊或冷导丝辊组。
在一个替代的纺丝设备配置中，拉伸比的定义改变。例如，如果应用三个导丝辊，所用顺序有冷-热-冷、热-冷-冷，拉伸比则定义为位于紧接着热导丝辊之后的冷导丝辊和热导丝辊的速度比。如果应用第二热导丝辊，例如导丝辊顺序为热-热-冷，则拉伸比定义为冷导丝辊和第一热导丝辊之间的速度比。
本发明方法可以参照图1实施。但是，该图意味着仅仅是举例说明，不应该作为对本发明范围构成的限制。本领域技术人员易于理解各种变更。将聚对苯二甲酸三亚甲酯加到料斗1中，将聚合物喂入挤压机2进入喷丝头组件3。喷丝头组件3装有纺丝泵4和喷丝组件5。聚合物丝条6排出喷丝头组件3并用空气骤冷7。在上油器8将油剂施加到丝条6上。丝条6经交络喷嘴9冷却，并到第一热导丝辊10和其分丝辊11。丝条6经交络喷嘴12冷却，和到第二冷导丝辊13与分丝辊14。丝条6经铺展导向器15到络筒机16到卷装17上。
纱线卷装老化
纱线卷装，如3GT POY卷装的老化由以下现象说明，例如“凸边形成”、“凹陷形成”和“芯管塌陷”，此外还有在整个纱线卷装上的纱线性能的变化。
1.凸边形成
凸边是在沿卷装长度方向上的形变，其中纱线在卷装原端部表面上以垂直方向铺展，参见图2。凸边形成可以按式V由凸边比来定量描述，如图2所说明：
Figure A20048000939900141
或 B - A ED - TOD × 100 % - - - ( V )
其中h是凸边高；TYL是纱线在卷装上的厚度；B是纱线卷装的最大长度；A是卷装沿芯管芯表面的长度；ED是在卷装端面的直径，“卷装端面直径”；TOD是芯管外侧直径。凸边高h具有式III所示关系，卷装纱线层的厚度TYL具有以式IV表示的关系。
A+2h＝B                   (III)
TOD+2TYL＝ED              (IV)
应该指出，关于凸边比的计算包括了经由纱线层厚度“TYL”的卷装直径的影响。所以，小直径卷装能使值得注意的凸边似乎是小的。凸边形成可以在卷装卷绕、卷装落筒或纱线贮存过程中产生。
2.凹陷形成
凹陷形成指的是在沿卷装径向上的卷装形变，其中在卷装的两个端部表面之间的纱线，比在端部表面附近的那些纱线，收缩得多，因此卷装中部直径比端部直径小，参见图2。凹陷形变可以按式(VI)以凹陷比来定量描述。
Figure A20048000939900151
其中ED是在卷装端面的直径，“卷装端面直径”；MD是卷装中部的卷装直径，“卷装中部直径”；和A是卷装沿芯管芯表面的长度。凹陷形成可以在卷装卷绕或卷装贮存过程中产生。
3.芯管塌陷
芯管塌陷指的是纱线卷装发生的一种现象，其中带有纱线的芯管因芯管所携带的纱而实在地塌陷。在3GT纺丝中的芯管塌陷可以发生在卷装卷绕过程中。芯管塌陷是一种严重的卷装成形缺陷，通常因凹陷和/或凸边形成而出现。
4.纱线性能改变
在不存在老化时，在整个3GT纱线卷装的纱线旦数是恒定的。当3GT纱线卷装老化时，所述老化正如通过凸边形成或凹陷形成所表明的，纱线性能变化。在卷装顶部表面所测定的纱线旦数可以比在老化之前的顶部表面的旦数增加约10～20。在老化之后，在卷装的一个端部表面到另一个端部表面的纱线层范围中旦数也可以变化。但是，在芯管芯附近或其上的纱线旦数，例如约4～10个纱线层，在老化之后可以仍然不改变。随着纱层远离芯管芯，在老化后旦数会迅速增加而达到最大值。然后，旦数相对于最大值会减少，随着距离芯管芯更远，最终达到顶表面旦数居于芯管芯纱的旦数和最大旦数之间。
在整个卷装的纱线旦数差异引起拉伸变形中出现问题。喂入丝的这些旦数差异保留在拉伸变形纱中，可以产生染色均匀性不足，其中包括产品纱的不可心特性。
除了旦数变化之外，在老化后伸长和强度也变化，伴随着强度迅速下降和伸长迅速增加。强度和伸长的变化和旦数变化相一致。旦数一变化，强度和伸长就变化。在3GT喂入丝发生老化之后，收缩性能也出现引入注目的变化。
改进的分析方法
本发明方法提供用于纺织品的3GT纱线，该纱线具有在长期暴露于约38℃以上的环境的耐老化性。虽然老化在纱线卷装中由凸边和/或凹陷的形成来显现，但这些现象可以在几小时或几天中产生。纱线制造商愿意制造最适当的耐老化卷装。迄今尚无能够迅速实施的可用试验方法将纺丝工艺条件和耐老化所纺的纱特性相关连。
令人惊异地，在本发明中已经发现，在一个新测试中，标题干热收缩，或“DWS”，在特定条件下，测定纱线收缩，能够断定纱线卷装在诸如约38℃以上的高温下贮存时是否发生凹陷形成—老化特征。DWS能够快速断定纱线老化，用于测试仅采用一短段纱线即可。具有可接受的DWS的纱线卷装能够安全贮存以备将来使用，而不存在卷装形变的危险。DWS不受卷装尺寸的限制，这意味着，一旦确定纺丝条件，就能采用这些条件生产任何卷装尺寸的卷装。
对于本讨论而言，老化效应由凹陷形成来证明。纱线耐老化性通过在贮存前后所测定的卷装凹陷比的差异来描述。贮存后凹陷比越大，纱线耐老化性越低。对于给定的卷装，如果贮存后凹陷比与贮存前凹陷比相同，该卷装则具有优良耐老化性。若差异大，则耐老化性差。
本发明提供一种通常可实施的改进的加速老化试验方法。本发明方法测定3GT所纺的纱的耐老化性，该方法包括：将某长度纱线暴露于纱线达到某平衡收缩的至少85％，优选95％的条件下，测定该纱线的收缩率。加热温度可以为约30～约90℃，优选约38～约52℃，和更优选约42～约48℃。在DWS测定中在给定加热温度下的加热时间为：
         加热时间≥1.561×1010×e-0.4482(加热温度)
优选加热时间为：
         加热时间≥1.993×1012×e-0.5330(加热温度)
其中加热时间以分钟为单位，加热温度以℃为单位。例如，在加热温度41℃下，样品加热时间大于或等于163min(2.72hr)，优选644min(10.73hr)。如果样品加热温度为45℃，则样品加热时间大于或等于27.2min(0.45hr)，优选76.4min(1.27hr)。对于本发明而言，测试应当在将纱线暴露于41℃至少24hr之后进行，以便测定平衡收缩。
用于DWS测试的纱线可以是绞纱或无圈纱。绞纱可以是单圈或多圈，其中圈可以是单根丝或多根丝。无圈纱样品可以含多根纱或单根纱，其中纱可以是单根丝或多根丝。
样品长度(在加热前为L1，在加热后为L2)定义为在绞纱中形成单圈的纱线长充的一半的绞纱长度。样品长度是在加热前后实际上均可测量的任何长度。样品长度L1典型地为约10～1000mm，优选为约50～700mm。对于单圈绞纱形式的样品，一般可以应用的长度L1为约100mm；对于多圈绞纱形式的样品，L1为约500mm。
在本方法中，将张力锤自纱线样品悬垂下来，以保持样品伸直测量长度L1。一般将纱线在端部打结成一个圈。在环境温度下测定长度L1，同时张力锤挂在圈上。张力锤应该至少足以维持样品伸直，但不应使样品伸长。样品纱的优选张力锤可以按照下式计算：
张力锤＝0.1×2×(绞纱中圈数)×(纱线旦数)
典型地，将样品绕成双圈并挂在架上。如果挂在架上，任选地，施加的锤可以自圈悬挂下来。该锤可以用于稳定样品。所施加的锤应该既不限制样品收缩，也不在加热期间引起伸长。在不施加锤时，样品可以置于在加热期间其能够自由收缩的表面上。
加热可以采用气体或液体进行。如果使用液体，纱线则置于容器中。如果流体是气体，优选气体是空气，则方便地使用烘箱。样品应该以允许其自由收缩的方式置于加热流体中。
样品脱离加热并经至少约15min的冷却。加热过的样品长度在张力锤悬挂在样品的同时进行测定，并作为L2记录该值。DWS基于式(VII)自L1和L2计算：
DWS ( % ) = L 1 - L 2 L 1 × 100 - - - ( VII )
令人惊异的是，DWS与纱线耐老化性相对应，正如例如通过凹陷形成所显现的。
图3是表示DWS与凹陷比关系的图。正如上文所述，凹陷比的产生是卷装老化的表现形式。对于约2.5kg、直径160mm的单根纱卷装暴露于41℃ 3.2hr之后的卷装而言，DWS与ED-MD对凹陷比作图，其中ED-MD是直径差(卷装端部直径-卷装中部直径)。卷装的DWS值在所述暴露之前测定。凹陷比和直径差异在暴露之后测定。正如自图3所见，DWS随着凹陷比增加而增加，因此DWS与凹陷形成相关。
不想受理论的束缚，认为老化引起的卷装形变产生自纱线收缩，DWS估量的是在下述温度下贮存纱线之后能够产生的纱线收缩，所用温度相似于在夏季月份温暖气候无空调下所出现的温度。所以，DWS能用于有效描述纱线耐老化性。
所纺的丝的商品标准允许2.5kg、160mm直径的纱线卷装的ED-MD直径差为2mm。所以，如果老化的纱线直径差为约2mm或更低，则该纱线按照商品标准具有可接受的耐老化性。
如在图3的图中所示出的，直径差异与DWS相关连。按照图3，在ED-MD＝2mm时，凹陷比＝0.8％和DWS＝4％。所以，DWS值为约4％或更低的纱线具有可接受的耐老化性。所以，如果产品纱线的DWS值小于或等于约4％，优选小于或等于约2％，凹陷比小于或等于约0.8％，优选小于或等于约0.44％，直径差异小于或等于约2mm，优选小于或等于约1.1mm，那么能够确定纱线在纺丝期间进行热处理的可接受的纺丝工艺条件。
重要的是，认识上文提供的ED-MD和凹陷比受限于卷装尺寸。这些研究的卷装尺寸为直径160mm，重量2.5kg。卷装尺寸增加总是需要增加ED-MD和凹陷比的限定值。但是，DWS不受卷装尺寸的影响，所以DWS适用于任何尺寸的任何纱线卷装。一旦测定了纱线的DWS，就能立即判定纱线在贮存期间是否能耐老化。
纱线和卷装性能
按照本发明生产的纱线可以用具有一种或多种下述性能来描述：
(1)所述纱线是耐老化的，这由具有小于或等于约4％，优选小于或等于约2％的干热收缩(DWS)值来表示，以DWS老化试验为基础，如上文已经叙述的。
替代地，但是受卷装尺寸所限，纱线耐老化性可以通过由满足条件(C)的样品卷装在条件(A)和(B)下老化所进行的老化试验形成的凹陷比和凸边比来描述。只要满足如下两个条件，纱线就是耐老化的：
-凹陷比≤约0.82％和
-在老化试验前后凸边比之差≤约5％
(A)温度41℃
(B)加热时间3.2hr
(C)在芯管芯外表面和卷装外表面之间的测定纱线层厚度为约25mm。
(2)所述纱线具有小于或等于约105％的伸长率。该伸长率相似于由在相似条件下、但不经热处理和不经拉伸的纺丝工艺所提供者，所述纺丝工艺称为“简单”纺丝工艺。一般说，优选较高伸长率，拉伸比为小于或等于约1，以避免在随后的拉伸-变形工艺中生产能力下降。但是，伸长率大于约105％对于维持纺丝工艺稳定是不利的。
当产品纱线打算供直接最终应用使用时，可以确定伸长率，和调节纺丝条件以提供所确定的伸长率。
(3)本发明纱线具有大于或等于约2.5g/d，优选大于约2.8g/d的强度，该强度与简单纺丝工艺得到的强度相似。
(4)所述纱线具有小于或等于约23g/d，优选小于22.5g/d的模量。本发明纱线的模量有利地稍低于简单纺丝工艺所提供的纱线模量。
(5)所述纱线的乌斯特，u％小于或等于约2％，优选小于约1.5％，这相似于简单纺丝工艺所提供的乌斯特。老化对DTY喂入丝的一个重要影响是在老化之后纱线的不均匀性增加。纱线的不均匀性增加导致u％显著增加，这与DTY纱染色缺陷有关。
(6)本发明纱线的退浆收缩率(BOS)小于或等于约14％，优选小于约10％。所述纱线相对于简单纺丝工艺中生产的纱线具有显著降低的BOS。低BOS值对于直接最终应用纱线是重要的。如果SAY的BOS大于约14％，织物收缩率可以太高以致不可接受。
(7)130℃张力(Tens 130)等于或大于约0.02g/d。
(8)收缩起始温度(Ton)为约45～70℃，优选为约50～70℃。从耐老化性观点出发，高收缩起始温度势必使纱线具有在纱线贮存期间较小老化可能性。
(9)第一热张力峰值温度(T(P1))为约60～90℃，优选为约65～90℃。对于在按照本发明的SAY纺丝所实施的纺丝速度下的简单纺丝，在热张力温度测定中一般观察到两个峰值热张力。第一峰值热张力在室温附近。第二峰值热张力与在结晶区域中的解取向有关。因为第二峰值张力往往受样品制备的影响或者难以测定，所以发明人使用在210℃下的张力值代表第二张力峰值。因为对于具有两个张力峰值的纱线而言，第一峰值张力温度如此靠近收缩起始温度，所以影响收缩起始温度的因素以相似方式影响第一张力峰值温度。
(10)第一峰值张力为约0.03～0.15g/d，优选为约0.03～0.10g/d。较低第一峰值张力赋予低驱动力使纱线在高的纱线贮存温度下收缩。为了改进纱线的老化性能，要求所得纱线具有低的第一峰值张力。低的第一峰值张力与低的纺丝张力一起发生。所以，第一峰值张力应该不小于约0.03g/d。另一方面，过高的第一峰值张力通常意味着在纺丝中施加了显著的拉伸。在这种情况下，当第一峰值张力大于约0.15g/d时，强烈显示在SAY纺丝中卷装卷绕发生芯管塌陷。
采用本发明纺丝工艺制造出提供耐老化纱线的纱线卷装。纱线卷装并不限于小尺寸，较大卷装在预料之中。
按照本发明的一个方面，本发明的熔纺聚对苯二甲酸三亚甲酯的卷绕卷装具有至少为约50mm的纱线层厚度和至少约6kg的卷装重量。优选，卷绕卷装的纱线层厚度至少约63mm，卷装重量至少约8kg。更优选，卷装的纱线层厚度至少约74mm，卷装重量至少约10kg。甚至更优选，卷装的纱线层厚度至少约84mm，卷装重量至少约12kg。最优选，卷装的纱线层厚度至少约94mm，卷装重量至少约14kg。本文应用的“卷装重量”意指仅仅包括纱线的重量而不包括芯管的重量。优选，卷绕卷装的凸边比小于约9％，凹陷比为约2％或更小，优选为约1％或更小。优选，将纱线卷绕在芯管周围，基本上没有塌陷，或者在纺丝期间没有芯管塌陷卷绕。
                       实施例
                      测试方法
伸长和强度采用Instron公司拉伸试验仪，型号1122，进行测定。断裂伸长和强度按照ASTM方法D2256进行测定。
退浆收缩(“BOS”)按照ASTM D2259以下述程序进行测定。将一个锤悬挂在一段纱线上，在该纱线上产生0.2g/d(0.18cN/dtex)负荷，然后测定其长度L1。然后除去该锤，将纱线浸在沸水中30min。然后从沸水中取出纱线，离心约1min，使其冷却约5min。再次冷却的纱线负载上与前相同的锤。记录纱线的新长度L2。按照下式I计算收缩百分数：
Figure A20048000939900211
干热收缩(“DWS”)选择包含多根丝的单圈绞纱的样品长度。将张力锤悬挂在一段纱线上在纱线上产生0.2g/d(0.18cN/dtex)负荷，然后测其长度L1，100mm。将重约0.51g的纸夹连接到所述圈上。将纱线置于架上，然后放入空气加热烘箱中在约45℃下2hr。然后从烘箱中将纱线取出，冷却约15min，再测定长度，记录为L2。然后按上文式1计算收缩百分比。
热力学分析，对于本发明而言，测定热张力与温度关系。如下性能可以得自热张力一温度测定：收缩起始温度、第一峰值热张力、第一峰值张力温度、第二峰值热张力(对于本发明而言，将第二峰值张力温度固定在210℃)，和130℃热张力。
热张力与温度关系的测定采用杜邦公司生产的收缩-张力-温度测定装置以30℃/min加热速率进行。该仪器使用按下文所述长度的单圈样品。整个样品在所用仪器中以给定的恒定加热速率均匀加热。在测定热张力与温度关系时，维持样品长度恒定，并在加热开始前施加预张力于样品上。在加热期间测定热张力。对于3GT丝，将样品从25～30℃加热到210～215℃。加热速率恒定。可使用几个加热速率，例如3，5，10，30℃/min等等。从约200mm纱线以圈形式制备纱线样品，圈长为约100min。在张力一温度测定中施加的预张力为约0.005g/d，即预张力(克)＝纱线旦数×2×0.005(g/d)。
收缩起始温度(Ton)描述纱线收缩的起始点。获得收缩起始温度(Ton)的方法包括：通过热张力快速增量画直线，和平行于温度轴画直线并穿过在张力快速增加之前的最小张力。两条直线的交叉点的温度定义为收缩起始温度(Ton)。
乌斯特，平均偏差不均匀性，u％，按照ASTM方法D-1425采用Zellwegr Uster制造的Uster试验仪3，型号UT3-EL3进行测定。在丝束速度200m/min下，以测试时间2.5min得到标准值，u％。
                      实施例1～2
将杜邦公司(Wilmington，DE)提供的，IV 1.02、含水量小于40ppm的聚对苯二甲酸三亚甲酯(3GT)片料喂入挤压机再熔融，然后输送到喷丝头组件中，和在264℃下从喷丝板挤出。喷丝板具有34个孔，孔直径为0.254mm。从喷丝板的熔融聚合物流首先进入自喷丝板至骤冷开始处的长度为70mm的未加热骤冷延迟区，然后进入侧吹风骤冷区成为固态丝。在以计量上油器上油之后，使丝通过第一交络喷嘴并进入拉伸***，在其中丝通过两个直径190mm的导丝辊。纺丝参数提供在表1。丝在先通过交络喷嘴降温之后通过热导丝辊，然后通过冷导丝辊，如图1所示。丝从冷导热辊通过铺展导向器至卷取。通过卷取超喂0.70％控制卷绕张力为0.06g/d。在该加工中采用的芯管具有如下规格：
芯管长：       300mm
卷绕动程：     257mm
芯管外侧直径： 110mm
芯管壁厚：     7mm
所得纱线性能提供在表2。
                    对比例A-D
重复实施例1～2的工艺，只是将热导丝辊保持在室温并且不进行热处理。纺丝工艺参数提供在表1。所得纱线性能提供在表2。
                    对比例E和F
重复实施例1～2的工艺，只是热导丝辊保持在不足以热处理纱线至满足耐老化标准的温度。纺丝工艺参数提供在表1。所得纱线的性能提供在表2。
表1实施例1～2和对比例A-F的纺丝条件
  例子   Turn(G1)(a)  T(G1)℃(b)   Turn(G2)(c)   DR(d)   SP(G1)m/m(e)   SP(G2)m/m(f)   SP(WU)m/m(g)   OF(WU)％(h)   Twg(i)
  12ABCDEF   6s7g6s7g4s5g4s5g4s5g4s5g6s7g6s7g   135115rtrtrtrt9575   3s4g3s4g0s1g0s1g0s1g0s1g3s4g3s4g   0.99890.99891.00001.00001.00001.00000.99890.9989   33343334333435003800400133343334   33303330333435003800400133303330   32773277328134443732392132773277   0.70.70.70.70.91.10.70.7   6.26.08.49.18.68.65.75.6
注：(a)丝条在第一导丝辊上的圈数，g＝在导丝辊上的圈数，s＝在分丝辊上的圈数。
(b)第一导丝辊的温度。“rt”是室温。
(c)丝条在第二导丝辊上的圈数。
(d)拉伸比(第一导丝辊速度与第二导丝辊速度之比)。
(e)第一导丝辊速度。
(f)第二导丝辊速度。
(g)卷取速度。
(h)卷取超喂
(i)卷绕张力，以克(g)为单位。
表2.实施例1～2和对比例A～F的纱线性能
  例子   DWS％   BOS％   旦数   模量g/d   强度g/d   Eb％   ％U   T(p1)..℃   Tens(p1)g/d   Ton℃   Tens(130℃)g/d   凹陷比，％-前   凹陷比，％-后
  12ABCDEF   1.52.614.913.79.17.67.517.3   5.812.536.932.223.714.425.331.0   106.4106.6106.7101.794.189.4106.5106.7   20.820.821.121.421.921.520.719.8   3.023.083.063.143.163.193.143.13   79.579.579.777.672.071.581.182.1   0.830.880.850.850.810.770.880.87   77.666.953.857.661.662.656.655.1   0.0420.0500.0650.0710.0800.0880.0600.061   57.1853.1651.2951.6052.2652.6451.g251.81   0.04290.04520.04630.06120.07840.07700.04560.0413   0.150.650.630.520.53   0.291.871.861.761.52
注：DWS是干热收缩。
BOS是退浆收缩。
Eb在表2中是断裂伸长，以％表示。
T(p1)在表2中是第一热张力峰值温度。
Tens(p1)是第一峰值热张力。
Ton是收缩起始温度。
Tens(130℃)是130℃下热张力。
结果讨论—实施例1-2和对比例A、E和F
如表2所能见到的，在纺丝速度为3334m/min下，其它条件如表1所示，在115℃及更高温度下热处理得到耐老化的3GT纱线，这正如低DWS值所示的。实施例1和2以及对比例A、E和F示出在纺丝速度3334m/min下热处理温度的影响。因为实施例1和2的DWS值小于4％，热处理温度提供了具有充分耐老化性的产品纱线。对比例热处理温度不足以生产耐老化纱线。因此确定了在3334m/min和表1所列的条件下的足够的热处理温度。对于所有实施例而言，130℃张力均大于约0.04g/d。
对按照实施例1制备的2.3kg、156mm直径的纱线卷装，通过暴露在41℃空气加热烘箱中3.2hr检测卷装形变。在暴露之前，卷装凹陷比为0.15％，在端部和中部卷装直径之间的差异，ED-MD，为0.4mm。在暴露2-25hr之后，凹陷比为0.2约9％、ED-MD为0.7mm。在暴露3.2hr之后，凹陷比为0.2约9％，说明耐老化性。按照对比例A制备的相似纱线卷装的凹陷比，也在暴于41℃ 3.2hr后进行了检测。该卷装凹陷比从加热前的数值0.65增加到加热后的1.87，说明发生了高度形变。所述暴露结果支持以DWS值作为纱线卷装耐老化性准确预示的结论。
                     实施例3～5
重复实施例1～2的工艺，只是纺丝速度为3500m/min，第二交络喷嘴压力为25psi而不是35psi。其它纺丝条件提在表3。调节卷绕速度以达到所需的卷绕张力。所得纱线性能提供在表4。
在这些实施例中使用了拉伸比1。在3500m/min下试验了四个热导丝辊温度，参见表3，包括对比例B在纺丝期间没有进行加热。与实施例1比较，这些实施例采用了不同的卷绕速度以使达到所需的卷绕张力。实施例3～5和对比例B采用与实施例1相同的聚合物通过量。所以，实施例3～5和对比例B所得纱线旦数稍低于实施例1的旦数。
表3实施例3～5和对比例B的纺丝条件
  例子   Tum(G1)(a)  T(G1)℃(b)   Tum(G2)(c)   DR(d)   SP(G1)m/m(e)   SP(G2)m/m(f)   SP(WU)m/m(g)   OF(WU)％(h)   Twg(i)
  345B   6s7g6s7g6s7g4s5g   135125115rt   0s1g0s1g0s1g0s1g   1.00001.00001.00001.0000   3500350035003500   3500350035003500   3407338933893444   1.7782.3062.3060.7   3.64.1-9.1
注：(a)-(i)与表1所示相同。
表4实施例3～5和对比例B的纱线性能
  例子   DWS％   BOS％   旦数   模量g/d   强度g/d   Eb％   ％U   T(p1)℃   Tens(p1)g/d   Ton℃   Tens(130℃)g/d d   凹陷比，％-前   凹陷比，％-后
  345B   1.62.23.913.7   5.66.311.232.2   101.8103.0102.6101.7   20.220.020.421.4   3.053.103.073.14   76.680.379.177.6   0.870.960.960.85   72.870.260.957.6   0.0440.0430.0530.071   54.8054.6453.2551.60   0.04370.04160.04240.0612   0.130.63   0.261.86
结果讨论—实施例3～5和对比例B
如表4所见，在纺丝速度3500m/min，DWS随着热导丝辊温度增加而减少。当在实施例3中热导丝辊温度增加到135℃时，DWS降到约2％以下，而在125℃和在115℃，DWS分别为2约2％，和3约9％。所以，115℃的温度足以在这些条件下提供耐老化纱线。对于所有实施例130℃张力也大于约0.04g/d。
对按照实施例3制备的2.7kg、164mm直径的纱线卷装，通过暴露在41℃ 5.2hr按照实施例1检测卷装形变。在暴露之前，卷装凹陷比为0.13％，在端部和中部卷装直径之间的差异，ED-MD，为0.3mm。在暴露3.5hr后，凹陷比为0.26％，ED-MD为0.7mm。在暴露5.2hr后，凹陷比为0.25％，ED-MD为0.6mm，说明耐老化。按照对比例B制备的相似纱线卷装的凹陷比也在41℃径5.2hr处理进行了检测。该卷装凹陷比从加热前0.63的值增加到加热后1.86，说明发生了高度形变。所述暴露结果支持以DWS值作为纱线卷装耐老化性准确预示的结论。
                       实施例6～8
重复实施例1～2的工艺，只是纺丝速度为3800m/min，第二交络喷嘴的压力为25psi，而不是35psi。纺丝参数提供在表5中。调节卷绕速度以达到所需的卷绕张力。所得纱线的性能提供在表6中。
表5实施例6～8和对比例C的纺丝条件
  例子   Turn(G1)(a)   T(G1)℃(b)   Turn(G2)(c)   DR(d)   SP(G1)m/m(e)   SP(G2)m/m(f)   SP(WU)m/m(g)   OF(WU)％(h)   Twg(I)
  678C   6s7g6s7g6s7g4s5g   13512511530   0s1g0s1g0s1g0s1g   1.00001.00001.00001.0000   3800380038003800   3800380038003800   3721372137213732   1.21.21.20.9   5.35.45.88.6
(a)～(i)与表1所示相同.
表6实施例6～8和对比例C的纱线性能
  例子   DWS％   BOS％   旦数   模量g/d   强度g/d   Eb％   ％U   T(p1)℃   Tens(p1)g/d   Ton℃   Tens(13℃)g/d   凹陷比，％-前   凹陷比，％-后
  678C   1.32.13.49.1   6.88.410.223.7   93.593.593.594.1   21.020.921.021.9   3.193.183.113.16   71.872.370.872   0.860.870.850.81   78.874.671.761.6   0.0700.0730.0740.080   54.7254.0253.8352.26   0.07170.07430.07160.0784   0.250.52   0.381.76
结果讨论—实施例6～8和对比例C
如表5和6所能见到的，在实施例6～8条件下在热导辊温度115℃或更高下，DWS值均小于4％，说明耐老化性。
对按照实施例6制备的2.7kg、160mm直径的纱线卷装，通过暴露到41℃5.2hr按照实施例1检测卷装形变。在暴露之前，卷装凹陷比为0.25％，在端部和中部卷装直径之间的差异，ED-MD，为0.6mm。在暴露3.5hr后，凹陷比为0.2约9％，和ED-MD为0.7mm。在暴露5.2hr后，凹陷比为0.38％，和ED-MD为1mm，说明耐老化性。卷装的这些变化显示出良好耐老化性，证明了DWS所预示的。按照对比例C制备的相似纱线卷装的凹陷比也在41℃径5.2hr处理进行了检测。该卷装凹陷比从加热前0.52的值增加到加热后1.76，说明发生了高度形变。所述暴露结果支持以DWS值作为纱线卷装耐老化性准确预示的结论。
由于与实施例1比较，纺丝速度增加，单丝旦数减少，实施例6～8和对比例C所生产的纱线的伸长率值下降到约71％，而作为比较在纺丝速度3334m/min下为约80％。纺丝速度从3334增加到3800m/min，模量或强度没有显著变化。
                   实施例9～12
重复实施例1-2的工艺，纺丝速度为4000m/min，第二交络喷嘴压力为25psi，而不是35psi。纺丝参数提供在表7。调节卷绕速度以达到所需卷绕张力。所得纱线的性能提供在表8。
表7：实施例9～12和对比例D的纺丝条件
  例子   rurn(G1)(a)   T(G1)℃(b)   Turn(G2)(c)   DR(d)   SP(G1)m/m(e)   SP(G2)m/m(f)   SP(WU)m/m(g)   OF(WU)％(h)   Twg(i)
  9101112D   6s7g6s7g6s7g6s7g4s5g   14513512511530   0s1g0s1g0s1g0s1g0s1g   1.00001.00001.00001.00001.0000   40014001400140014001   40014001400140014001   39133913391339133921   1.31.31.31.31.1   5.35.65.668.6
(a)～(i)与表1所示相同。
表8实施例9～12和对比例D的纱线性能
  例子   DWS％   BOS％   旦数   模量g/d   强度g/d   Eb％   ％U   T(p1)℃   Tens(p1)g/d   Ton℃   Tens(130℃)g/d   凹陷比，％-前   凹陷比，％-后
  9101112D   1.622.53.77.6   5.96.67.59.514.4   89.389.18988.989.4   21.720.920.820.621.5   3.253.223.113.203.19   70.871.569.170.471.5   0.870.900.890.860.77   87.875.867.870.362.6   0.0670.0760.0910.0890.088   58.7553.7453.7054.2752.64   0.07260.07490.08600.08420.0770   0.180.53   0.441.52
结果讨论—实施例9～12和对比例D
如表7和8所能见到的，随着热导丝辊温度增加，所得纱线的DWS减少。当热导丝辊温度为115℃或125℃时，所得纱线的DWS为2～4％。所以，115℃和125℃都是在纺丝速度4000m/min下生产耐老化纱线的可接受的热处理温度。在较高的温度下得到较低DWS值。
对按照实施例10制备的2kg、152mm直径的纱线卷装，通过暴露到41℃3.4hr，按照实施例1检测卷装形变。在暴露之前，卷装凹陷比为0.18％，在端部和中部卷装直径之间的差异，ED-MD，为0.64。在暴露3.4hr之后，凹陷比为0.44％，和ED-MD为1.1mm。卷装的这些变化显示出良好耐老化性，证明了DWS所预示的。按照对比例D制备的相似纱线卷装的凹陷比也在41℃径3.4hr处理进行了检测。该卷装凹陷比从加热前的0.53值增加到加热后1.52，说明发生了高度形变。所述暴露结果支持以DWS值作为纱线卷装耐老化性准确预示的结论。
实施例13～16和对比例G～I
重复实施例1～2的工艺，只是那些参数示于表9并且在此处叙述。3GT聚合物的IV为1.02。喷丝板温度为264℃。所使用的纺丝速度为3500m/min。第二交络喷嘴压力为35psi。拉伸比为0.999～1.10。为了评价芯管塌陷的存在情况，在表9所示所有实施例和对比例均制成约2.5kg大小、卷装直径约160mm的卷装。所得纱线性能提供在表10。
表9实施例13～16和G～I的纺丝条件
  例子   Turn(G1)(a)  T(G1)℃(b)   Turn(G2)(c)   DR(d)   SP(G1)m/m(e)   SP(G2)m/m(f)   SP(WU)m/m(g)   OF(WU)％(h)   Twg(i)
  13141516GHI   6s7g6s7g6s7g6s7g6s7g6s7g6s7g   135135135135135135135   3s4g3s4g3s4g3s4g3s4g3s4g3s4g   0.9991.0001.0201.0401.0601.0801.100   3500350035003500350035003500   3823382839053981405841344211   3761376538413912398740564131   0.900.900.901.001.001.001.00   5.75.55.65.65.77.69.5
(a)～(i)与表1所示相同。
表10实施例13～16和G-I的纱线性能
  例子   DWS％   BOS％   旦数   模量g/d   强度g/d   Eb％   ％U   T(p1)℃   Tens(p1)g/d   Ton℃   Tens(130℃)g/d   塌陷芯管
  13141516GHI   1.51.82.52.62.73.34.2   9.38.39.311.211.712.411.6   103.1102.4100.799.098.596.794.4   19.819.720.821.522.822.722.7   2.973.063.003.073.283.333.45   72.575.769.165.865.663.761.1   0.720.720.570.660.660.660.72   71.071.574.088.187.590.7100.8   0.0560.0550.0940.1280.1580.1940.221   51.151.549.949.849.850.750.1   0.05720.05660.09140.12400.15140.18570.2148   无无无无有有有
结果讨论—实施例13～16和对比例G-I
表10示出DWS随拉伸比增加而增加。在拉伸比为1.10时，DWS稍高于4％。虽然在拉伸比为1.08时DWS仅3.4％，这说明在这些条件下耐老化性，但是拉伸比大于1.04时，则发生芯管塌陷。所以从在纱线贮存期间耐老化性角度出发，在纺丝热处理工艺中的拉伸比增加，纱线耐老化性没有显著减弱。但是在卷装卷绕期间发生芯管塌陷，这阻碍卷装在络筒机自锭子退绕。表10也示出所得纱线伸长率随着拉伸比增加而减少。在芯管塌陷将要发生的拉伸比1.04下，伸长率从在拉伸比等于或小于1下的70％以上降低到约66％。当拉伸比进一步从1.04增加时，所得纱线的伸长率进一步降低。DTY喂入丝伸长率降低使DTY纺生产能力下降。所以，从生产能力角度出发也需要低拉伸比。
                    实施例17～20
重复实施例1～2的工艺，只是那些参数示于表11。所得纱线的性能提供在表12中，并与实施例1、3、6和9的性能比较。
实施例17～20和实施例1、3、6和9提供了在纺丝速度为3334、3500、3800和4000m/min下改变拉伸比的实例。关键工艺条件提供在表11。拉伸比均等于或小于1。对于在每个纺丝速度下进行比较的两个实施例而言，热导丝辊温度相同。每个实施例均调节卷绕超喂，以便达到所要求的张力。对在每个纺丝速度下的拉伸比的影响进行了比较。当在实施例1和17、实施例3和18、实施例6和19、及实施例9和20之间改变纺丝速度时，聚合物通过量仍保持在实施例1中所提供的值。所以，旦数随着纺丝速度增加而降低。
表11实施例1、6、9和17～20的纺丝条件
  例子   SprtT℃(a’)   Turn(G1)(a)   T(G1)℃(b)   Turn(G2)(c)   DR(d)   SP(G1)m/m(e)   SP(G2)m/m(f)   SP(WU)m/m(g)   OF(WU)％(h)   Twg(i)
  117183196209   264262264262264262264262   6s7g6s7g6s7g6s7g6s7g6s7g6s7g6s7g   135135135135135135145145   3s4g0s1g3s4g0s1g3s4g0s1g3s4g0s1g   0.99891.00000.99891.00000.99891.00000.99891.0000   33343334350035003800380040014001   33303334349635003796380039964001   32703274343434073717372139133913   0.9000.9160.9001.7781.1871.2001.1871.300   5.44.96.53.66.56.36.45.3
(a)～(i)与表1所示相同。
(a’)喷丝板温度
表12实施例1，6，9和17～20的纱线性能
  例子   DWS％   BOS％   旦数   模量g/d   强度g/d   Eb％   ％U   T(p1)℃   Tens(p1)g/d   Ton℃   Tens(130℃)g/d   卷装重量kg   端部直径mm   凸边比％   凹陷比％
  117183196209   1.52.41.11.61.11.31.01.6   5.756.06.05.66.16.86.25.9   106.4107.8101.5101.893.993.589.189.3   20.819.620.520.221.321.020.521.7   3.022.943.133.053.203.193.223.25   79.579.276.076.672.271.870.070.8   0.830.900.830.870.800.860.880.87   77.670.074.772.874.678.880.887.8   0.0420.0490.0480.0440.0640.0700.0760.067   57.1854.8854.5054.8054.7454.7256.2758.75   0.04290.04480.04910.04370.06700.07170.07980.0726   16.7-16.7-16.7-9.3-   319.4-321.3-323.1-253.5-   3.34-4.73-6.10-5.92-   0.13-0.25-0.38-0.04-
结果讨论—实施例17～20
正如从表12所能看到的，在每个所考察的纺丝速度下，在较高拉伸比下DWS较高。这种影响在低纺丝速度下更显著。在3334m/min下，在拉伸从0.9989变到1时，DWS从1.5％增加到2.4％。在每种纺丝速度下，当拉伸比从0.9989变到1时，纱线的其它性能相当相似，特别是BOS，它的变化小于DWS。表12也给出了本发明SAY纺丝中的卷装卷绕的四个实施例。实施例1、18、19和20分别给出在纺丝速度为3334、3500、3800和4000m/min下的卷装卷绕。所得卷装的卷装重量、卷装端部直径、凸边比和凹陷比示于表12中。令人惊异地，实施例1、18和19的卷装尺寸达到16.7kg。
得到本公开权益的本领域普通技术人员，总会理解，本发明的许多优点和特征，可以在不偏离本发明精神的条件下，对本文所叙述的本发明的各个方面和实施方案进行许多改进。例如，纺织品用途的纱线必须具有某些性能，如足够的强度和适宜的伸长率，以及足够低的适用于纺织用途的收缩率，如机织和针织。现有市售3GT纱线是部分取向聚对苯二甲酸三亚甲酯纱线(3GT POY)，在用于织物之前需要进行拉伸或拉伸变形。按照本发明方法，尤其提供一种“直接应用”的所纺的纱(Spun Yarn)，它可以用于制造纺织产品而不需进一步拉伸。还例如，设计一种纺丝方法来改善纱线卷装的耐老化性应该从实际卷装老化为基础进行。然而，测定卷装实际老化是很费时间的。本发明的一个方面为一种能够快速和容易地进行卷装老化预测的方法作了开拓性工作。所以，本文所述各个方面和实施方案仅作为举例说明，无意限制本发明范围。

Claims (15)

1.一种方法，包括：
(a)经过喷丝板挤出熔融聚对苯二甲酸三亚甲酯；
(b)骤冷挤出的聚对苯二甲酸三亚甲酯形成固态丝丝条，其中所述丝130℃张力为约0.02g/d以上；
(c)使上述丝到以一种速度和温度运行的热导丝辊加热丝条，其中加热丝条的所述速度和温度足以提供DWS值为约4％或更小的纱线；
(d)冷却所得纱线至约35℃或更低的温度。
2.权利要求1的方法，其中将油剂施加到骤冷后的固态丝上。
3.权利要求1的方法，其中冷却采用冷导丝辊实施，其中冷导丝辊的速度所提供的在热导丝辊和冷导丝辊之间的拉伸比为约1.04或更低，其中丝条张力在到冷导丝辊之前增加，其中丝条张力增加至少约0.005g/d，其中热导丝辊速度至少约3000m/min，和其中热导丝辊温度为约90℃～约165℃。
4.权利要求3的方法，其中丝条自冷导丝辊卷绕在卷装上，其中丝在大于约0.04g/d的张力下卷绕在卷装上，和其中卷绕使真纱速小于冷导丝辊速度。
5.熔纺聚对苯二甲酸三亚甲酯纱，具有约4％或更小的DWS。
6.权利要求5的纱线，具有小于或等于约105％的伸长率，具有等于或大于约2.5g/d的强度，具有小于或等于约23g/d的模量，具有小于或等于约2％的乌斯特，具有小于或等于约14％的退浆收缩率，具有等于或大于约0.02g/d的130℃张力，具有约60～90℃的第一热张力峰值温度和/或具有约0.03～0.15g/d的第一峰值张力。
7.权利要求5或6的纱线，具有约45℃～70℃的收缩起始温度。
8.权利要求5、6或7的熔纺聚对苯二甲酸三亚甲酯的卷绕卷装，具有至少约50mm的纱线层厚度和至少约6kg的卷装重量。
9.自权利要求5的纱线制的卷装，具有至少约16mm的纱线层厚度，至少约1.5kg的重量和具有至少约142mm的卷装直径，在暴露到至少41℃至少3.2hr后，具有约0.82％或更少的凹陷比。
10.自权利要求5的纱线制造的卷装，具有约20～30mm的纱线层厚度、约2～3kg的重量和具有约151～169mm的卷装直径，在暴露到至少41℃至少3.2hr后，具有约2mm或更少的在卷装端部和中部直径之间的差异。
11.权利要求10的卷装，在暴露到41℃至少3.2hr后，具有约5％或更少的凸边比。
12.权利要求5的卷装，具有约2％或更小的凹陷比。
13.权利要求5的卷装，卷绕在基本没有塌陷的芯管周围。
14.一种方法，包括
(a)测定纱线的未拉伸长度作为L1，在某温度下加热该纱线某段时间，足以使该纱线得到至少85％的其平衡收缩；
(b)冷却加热过的纱线；
(c)测定冷却过的纱线的未拉伸长度作为L2；和
(d)采用下式计算纱线的干热收缩(DWS)
DWS = L 1 - L 2 L 1 × 100
15.权利要求14的方法，其中加热温度为约30～90℃。
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