聚酰胺纱制造工艺和聚酰胺纱.pdf

公开一种用固相缩聚装置制造合成熔纺聚酰胺长丝的工艺。与先有技术的固相缩聚装置相比，提高了进入该装置的吹扫(补充)气体的流量率，并降低了该装置中的总压力。聚合物切片中热降解杂质的脱除有助于改善纱品质，同时延长喷丝板擦拭寿命。

1.  一种合成熔纺聚酰胺长丝的制造工艺，包含下列步骤：
将聚酰胺聚合物供给一台固相缩聚装置；
将一种吹扫气体以约2～约3kg/小时/kg聚合物/小时范围内的流量率供给该固相缩聚装置；
在该固相缩聚装置中用该吹扫气体在约110～约120kPa的固相缩聚系统压力处理该聚酰胺聚合物；
将处理过的聚酰胺聚合物传送到一台熔融挤出装置中；
使该聚酰胺聚合物在该熔融挤出装置中熔融；
使熔融的聚酰胺聚合物经由喷丝板挤出；和
形成至少一根聚酰胺聚合物连续长丝。

2.  权利要求1的工艺，进一步包括使该长丝骤冷和冷却。

3.  权利要求2的工艺，进一步包括该长丝的后处理和该长丝的卷绕。

4.  权利要求3的工艺，进一步包括在各周期中擦拭毛细管拉出端面上的喷丝板，其中每个擦拭周期间隔约8～约12小时。

5.  权利要求1的工艺，其中该吹扫气体包含以约2～约3kg/小时/kg聚合物/小时范围内的流量率供给的氮气。

6.  一种纱品质大于约32.8的无光合成熔纺聚酰胺长丝，其中纱品质是按照下式定义的：
纱品质＝[强度(克/旦)]×(％伸长率)^1/2；
所述纱是用一种包含下列步骤的工艺制备的：
向一台固相缩聚装置中提供一种合成聚酰胺聚合物，
在该固相缩聚装置中，在约110～约120kPa范围内的系统压力，处理该合成聚酰胺聚合物；
将处理过的聚酰胺聚合物传送到一台熔融挤出装置中；
使该聚酰胺聚合物在该熔融挤出装置中熔融；
使熔融的聚酰胺聚合物经由喷丝板挤出；和
形成至少一根连续的聚酰胺聚合物长丝。

聚酰胺纱制造工艺和聚酰胺纱
技术领域
本发明涉及一种改进的聚酰胺纱生产工艺，还涉及一种改进的、用于服装用途的聚酰胺纱。
更具体地说，本发明涉及一种使用聚合物片状物(也称为聚合物切片或粒料)再熔融工艺的改进聚酰胺纱纺丝工艺。在很多先有技术聚合物片状物再熔融工艺中，使用固相聚合器使聚合物相对粘度(RV)提高到一个较高水平，以纺制有较高强度和韧性的纱。能提供一种在各种各样服装应用中得到更广泛接受的产品的纱品质直接受到其强度和韧性影响。
背景技术
在美国专利No.4,952,345中，Rao等人公开了一种使用固相聚合器或SPP(也称为固相缩聚装置)以聚酰胺片状物再熔融工艺按一种高度均匀和可再现方式提高聚合物RV的控制方法。在美国专利No.6,235,390中，Schwinn等人公开一种通过在挤出之前用甚低露点气体处理该聚合物来制造非常高RV聚酰胺聚合物长丝的SPP方法和装置。虽然这些先有技术手段能提高聚合物RV并将聚合物RV控制到高度均匀的值，但其中任何一种手段都没有解决工艺中断和基本纺丝工艺生产率的问题。
在聚酰胺纱，尤其尼龙66纱的制造中，纱的卷绕往往要停下来，以除去喷丝板毛细管出口侧周围发现的所不希望沉积物。按照Foumé(Synthetic Fibers，Chapter 4，page 359，C.Hanser Publishers，Munich 1998)，如果不除去，则这些沉积物会积累到“每周几毫米”的厚度。这样的沉积物引起长丝弯曲或“斜喷”。若不治理，则大部分长丝的弯曲终究导致断丝、纱缺陷或意外工艺中断。工艺中断次数增加尤其会导致纺纱工艺变得低效率。
弯曲长丝的问题倾向于随长丝消光剂含量增加而增大。二氧化钛(TiO₂)是一种常用消光颜料。聚酰胺聚合物中0.03～约1.0wt％范围内的TiO₂含量给长丝提供所谓明亮到中等消光的光泽。然而，聚酰胺聚合物中1wt％以上～约3wt％范围内的TiO₂提供很多服装应用中所希望的消光或“全消光”长丝。正是消光长丝纱倾向于产生更多的与弯曲长丝有关的工艺问题。
对于聚酰胺纱制造工艺来说，喷丝板毛细管出口面的清洁在业内通常简称为“喷丝板擦拭”。在每次喷丝板擦拭都是由于所不希望的沉积物的积累而必须进行的情况下，两次擦拭之间的时间就称为擦拭周期时间或擦拭寿命。喷丝板擦拭周期即喷丝板面清洁之间的时间越长，越是所希望的。增加喷丝板擦拭事件之间所需要的这个时间即擦拭周期、从而提供聚酰胺纱纺丝工艺的生产率的手段是多年来一直在寻求的。业内早就感觉需要提供一种生产率更高的聚酰胺纱纺丝工艺。虽然业内技术人员已经知道断丝、纱品质缺陷和意外工艺中断等的数目的减少对生产率有直接影响，但在此之前弄清或解决这样的缺陷的手段一直是人们避而不谈的。
记住这一目标，本发明的其它目标将从以下描述中显而易见。
发明内容
本发明通过提高吹扫(补充)气体的流量率克服了先有技术的问题，而且SPP中总压力的降低使热降解产物的脱除变得更有利。结果，聚合物片状物中这种热降解杂质的脱除有助于提高“纱品质”，同时，它延长了喷丝板擦拭寿命。
为了达到本发明的目的，提供一种用于服装用途的聚酰胺纱的改进生产工艺，包含：
将含有约1～约3.5wt％TiO₂的聚酰胺聚合物供给一个固相缩聚装置；
将一种包含氮气和水蒸气的吹扫气体以约2～约3kg/小时/kg聚酰胺聚合物/小时范围内的速率供给该固相缩聚装置；
用该吹扫气体处理该固相缩聚装置中的聚酰胺聚合物；
将处理过的聚酰胺聚合物传送到一台熔体挤出装置中；
使该熔体挤出装置中的聚酰胺聚合物熔融；
使熔融的聚酰胺聚合物经由喷丝板挤出；和
形成至少一根连续的聚酰胺聚合物长丝。
另一方面，本发明涉及合成熔纺聚酰胺长丝，包含：
一种在固相缩聚装置中以约100～约125kPa(14.7～18磅/英寸²绝对压力)范围内，尤其约115kPa(16.5磅/英寸²绝对压力)的系统压力用一种吹扫气体预处理的合成聚酰胺聚合物；
也含有消光颜料的处理聚酰胺聚合物；和
其中该合成熔纺聚酰胺长丝有约32.8以上的纱品质。
附图说明
图1a代表达到10％弯曲长丝的时间与SPP装置中吹扫气体流量之间的关系。
图1b代表达到10％弯曲长丝的时间与纱品质之间的关系。
图2a和2b共同提供该SPP装置和熔纺工艺的表述。
图3a是一种喷丝板的侧视图表述。
图3b是一种喷丝板的俯视图表述。
具体实施方式
在以下详细描述全文中，类似参考字符系指所有附图或图中的类似元件。
本发明涉及一种使用聚合物切片再熔融工艺和SPP装置的聚酰胺纱的改进纺丝工艺。工艺改进的特征在于所需要的喷丝板擦拭事件之间的时间增加。结果，该改进的工艺的特征在于聚酰胺纱地生产率提高了。
本发明也涉及一种有从纱强度和伸长率派生的“纱品质”的改进无光聚酰胺纱。纱品质是应力-应变曲线下面积的估计值，如业内技术人员所知道的，是纱“韧性”的指示。这种纱品质改进提供一种在各种不同用途上更可接受的服装聚酰胺纱。这些用途可以包括但不限于经编针织物、圆筒形针织物、无缝针织服装、针织产品和轻旦值技术织物。
详细描述
在图2a和2b中，表述了固相聚合(SPP)、聚合物切片熔融和该聚合物的合成纤维熔纺。在图2a中，聚合物切片从10导入接受容器20中，再传送到供给容器40中，在此，从30以(约2～约3kg/小时)/(kg聚合物/小时)的流量率导入一种也称为补充气体的干燥氮气吹扫气体。将典型地有约36～约38的RV的聚合物切片传送到SPP容器50，进一步用任选地从110导入的氮气与从120导入的水蒸气一起处理。这样用水蒸气加湿的氮气用鼓风机70循环、在80加热到受控温度，并使得能在SPP容器50中接触聚合物切片。提供若干个排风口(100和90)来控制SPP容器50中的总压力，这可以控制在大气压力(101kPa)以上的压力，例如约110～约123kPa。全都在120℃～220℃范围内、更好在150℃～190℃范围内的高温的循环氮气和水蒸气促进了以聚合物相对粘度RV量度的聚合物分子量的均匀增加。在SPP中处理的、现在有50～53范围内的RV的聚合物经由出口130输送到图2b中熔融挤出机140的机筒中。该聚合物在挤出机中熔融，并被迫进入一台计量泵150中，其中，计量的聚合物以受控速率进料到一台纺丝过滤组件160，随后到喷丝板170。喷丝板170含有多个成形通道或毛细管，这对应于构成该纱的每根个体长丝的形成(如图3a的侧视图和图3b的俯视图所表述的)。该个体长丝200在骤冷室180冷却并以调理空气侧拉、汇聚，并在210以业内已知的初级油剂给油而成为纱。该纱由进料辊220送进拉伸辊对230，在此使该纱拉伸、取向而形成一种拉伸纱、后者由辊240引导到一个业内常用而在此任选地用来作为纱后处理步骤的纱稳定装置250中。最后，该纱在270以4000～6000m/min范围内的纱速卷绕成为一种纱线卷装。实测纱RV是约51～约54。在以这些速度卷绕进程期间，为了清洁喷丝板引出端面之目的而中断该过程的任何需要都剧烈影响生产率。基本上，在擦拭喷丝板时，已经可以卷绕的所有产品都报废了。
按照图2a和2b所示工艺生产的纱是一种伸长率为22～约60％的拉伸纱，其沸水收缩率在3～约10％范围内，纱强度在3～约7g/旦范围内，纱的RV可以各异且可以很好地控制在约40～约60范围内。表征这种纱的优异性能的一个派生参数称为纱品质，是如方程1中那样由纱强度(g/旦)与％伸长率的平方根之积得到的：
纱品质＝强度×(伸长率)^1/2         方程1
纱品质是纱“韧性”的量度的一种近似。如同业内技术人员所知，纱负荷伸长率曲线下的面积正比于使该纱伸长所做的功。例如，在强度用每单位旦的力表示且伸长率用每单位长度的百分率变化表示的情况下，负荷-伸长率曲线就是应力-应变曲线。在这种情况下，应力-应变曲线下的面积就是使该纱延伸所做的功或纱韧性。
令人惊讶的是，已经发现，提高的纱韧性和喷丝板擦拭之间所需时间的延长是对SPP运行过程的某些改进的函数。氮气吹扫气体速率从约0.5kg/小时/kg聚合物/小时提高到约2.5kg/小时/kg聚合物/小时使40旦13根长丝尼龙66无光纱(1.5％TiO₂)的喷丝板擦拭寿命从约1.5小时延长到约10小时；如图1a中所示。一个有意义的并行观察是，降低SPP系统压力进一步有助于延长擦拭寿命。在对一种40旦13根长丝无光纱的初步试验中，系统压力从约121kPa(17.5磅/平方英寸)降低到约114kPa(16.5磅/平方英寸)使擦拭频率从约6小时降低到10～11小时范围，如图1b中所示。在每一种情况下，喷丝板擦拭寿命都是作为纱束中所有单根长丝的10％的喷丝板面(图3b中175)上毛细管拉出端出现弯曲的时间确定的。测定达到10％弯曲长丝的时间是直接通过一名给骤冷室内的喷丝板面照明的操作员的观察和直接计数进行的。
虽然本发明者们不想拘泥于关于本发明如何工作的任何特定机制，但感觉到在SPP装置中由于添加水蒸气而热且湿的氮气氛围提取了聚酰胺固相聚合的降解产物。这样的热降解产物在氮循环气体氛围的高温可以容易地与水反应并变成足以通过正常吹扫过程经由SPP的排气口去除的挥发物。如果这些热降解产物不去降，则假设生成一种由该聚合物携带的二聚体并有助于沉积在喷丝板毛细管引出端面周围。在擦拭作业中去除的正是这些沉积物。感觉到，提高吹扫(补充)气体的流量率和降低SPP中的总压力使热降解产物的去除变得更有利。结果，显而易见的是，聚合物切片中热降解杂质的去除有助于改善“纱品质”(如方程1所定义的)，同时通过减少热沉积物量而使喷丝板擦拭寿命延长。这也延长了擦拭周期之间的时间。
试验方法
纱强度和纱伸长率是按照ASTM方法D2256-80使用一台INSTRON拉伸试验装置(Instron Corp.，Canton，Massachusetts，USA02021)和恒定十字头速度测定的。强度表示为克力/旦，伸长百分率是以断裂负荷下原始长度的百分率表示的样品长度增大。
纱品质是从强度和伸长率派生并按照方程1计算的。
聚合物相对粘度RV是按照ASTM D789-86用甲酸法测定的。
实施例
实施例1
通过纺制一种40旦(44dtex)和13根长丝的纱，研究喷丝板擦拭寿命与氮气吹扫气体(补充气体)流量率的函数关系。首先，将含有1.5wt％TiO₂的37.5RV尼龙66聚合物在一台SPP中用氮气吹扫气体(补充气体)以0.5、1.0和2.5(kgN₂/小时)/(kg聚合物/小时)的流量率、全都在114kPa(16.5磅/平方英寸)的恒定SPP系统压力下进行处理。处理的聚合物有51.5的RV、在一台挤出机中熔融、并进料到一台用来按以下工艺制备40-13纱的纺丝机：用调理空气骤冷、汇聚、用初级纺丝油处理该纱、用未加热导丝盘拉伸该纱、用一种加热的流体使该纱稳定、交织该纱并以约5300m/min的速度卷绕。在制备实施例纱(A、B和C)的进程期间，当这些长丝中至少10％弯曲时，毛细管拉出端面(图3b的俯视图中所示175)上的喷丝板170需要擦拭。4次试验的数据列于表1中，并图示于图1a中。
                         表1