生产细纤维的方法.pdf

用于借助于一纺丝装置从聚酯中生产出细的熔融纺制的低取向丝以进一步加工成短纤维的方法，该装置包括：至少一个具有一带排列成环形的毛细孔的喷丝板的喷丝组件；一径向对称的用于通过冷却气体冷却长丝的冷却系统；一用于将油剂施加到纤维束上的涂敷装置，其特征在于，将熔体提供给该喷丝组件，并且从喷丝板中的毛细孔挤出熔体以形成熔融长丝；熔体浸润喷丝板上游侧的环形面；在一确定范围内选择喷丝毛细孔的液力直径；通过油剂涂敷装置的朝向内圈的间隙输送该冷却的长丝并向长丝束定量施加油剂/水的混合物；通过从动导丝盘抽出涂敷有油剂的长丝束；单根长丝具有一在1.5和4.0旦尼尔之间的纤度和一至少为300％的断裂伸长率。

1.  一种用于借助于一纺丝装置从聚酯中生产出细的、熔融纺制的、低取向丝即LOY’s以便进一步加工成短纤维的方法，该装置包括：
至少一个具有一喷丝板(3)的喷丝组件(2)，该喷丝板具有布置成环形的毛细孔以使熔融长丝从其中出来，
一径向对称的冷却系统(4，5)，在该冷却系统内部通过相对于长丝束是从外向内的冷却气体冷却所述长丝，
一用于向单丝束(9)上施加油剂的涂敷装置(6)，
其特征在于，
(a)将熔体提供给该喷丝组件(2)，并且从该喷丝板中的7500到14250个毛细孔以熔融长丝(9)的形式挤出该熔体，
(b)该熔体浸润该喷丝板上游侧的环形面，其中该环形面包括该熔体的出口毛细孔，毛细孔的密度在每平方厘米喷丝面积8个和28个毛细孔之间，
(c)在每个毛细孔0.13mm和0.24mm之间选择该各喷丝毛细孔的液力直径，
(d)通过环形油剂涂敷装置(6)中的朝向内圈的间隙输送该冷却的长丝，所述涂敷装置设置在距该喷丝板的下侧650到1200mm，通过该间隙向该长丝束定量施加一油剂/水的混合物，在该涂敷装置处使该长丝束的直径收缩，从而从该喷丝毛细孔到该长丝接触该涂敷装置处的圆的直连线与垂直于该涂敷装置的垂直线之间成一个在1.5°和9°之间的角度，
(e)通过至少一个从动导丝盘以在800m/min和1550m/min之间的速度抽出该涂敷有油剂的长丝束，和
(f)单根长丝具有一在1.5和4.0旦尼尔之间的纤度和一至少为300％的断裂伸长率。

2.  根据权利要求1的方法，其特征在于，所述冷却气体在距该喷丝板的下侧0到60mm处开始从一径向对称的圆柱形冷却系统中出来。

3.  根据权利要求1或2的方法，其特征在于，在一100-300mm的出口长度上将该冷却气体输送给该长丝束。

4.  根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，相对于通过该喷丝组件的熔体的通过量的冷却气体的体积选择为处于每kg聚合物6Nm³和14Nm³之间。

5.  根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，以100kg/小时到450kg/小时的量将该熔体输送给该喷丝板。

6.  根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，以100kg/小时到400kg/小时的量将该熔体输送给该喷丝板。

7.  根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，在该喷丝板中的毛细孔外圈处垂直于该喷丝板的垂直线距离冷却气体流出圆柱形壁10到30mm。

8.  根据上述权利要求中的一个的方法，其特征在于，在冷却气体流出的可透过的壁中，该冷却气体通过一个阻尼元件，该阻尼元件的可透过的开口面积等于该冷却气体流过的壁的总面积的17％到34％。

9.  根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，以一拉伸比(VV)对该长丝
               VV＝1+k(RD/100)
进行拉伸、热定型、卷曲、可选地干燥、以一比率R松弛该长丝并将该长丝切成长度有限的纤维，从而根据下面的公式从该纺制长丝中可得到纤度在0.5和1.2旦尼尔之间的纤维
               纤维纤度＝纺丝纤度/(VV·R)
其中RD是用百分比表示的该纺制长丝的断裂伸长率，在0.7和1之间选择R并在0.58到0.72的范围内选择k。

10.  根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，所述喷丝毛细孔在所述环形喷丝板上设置成16到30个毛细孔圈的形式。

11.  根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，该纺制长丝的纤度在1.5和3.6旦尼尔之间。

12.  根据上述权利要求中的一个的方法，其特征在于，该纤维的纤度在0.5和1旦尼尔之间。

13.  根据上述权利要求1的方法，其特征在于，该单根长丝的断裂伸长率为310％到500％。

生产细纤维的方法
技术领域
本发明涉及一种用于借助于一纺丝装置从聚酯中生产出细的、熔融纺造的、低取向丝(LOY’s)以便进一步加工成短纤维的方法，所述装置包括：至少一个具有一喷丝板的喷丝组件，该喷丝板具有排列成环形的毛细孔以便熔融长丝从其中出来，一径向对称的冷却系统，在该冷却系统内部通过相对于该长丝束从外向内导入的冷却气体冷却该长丝，和一用于将油剂施加到长丝束上的涂敷装置。
背景技术
已知用于生产短纤维的方法。以可熔融纺制的聚合物例如聚酯为主要成分，生产出熔体并将其供给纺丝系统，从喷丝孔中挤出该熔体并冷却该熔体以形成长丝。
在通常分开的处理的一个阶段中，也就是纤维流程(阶段)，其中发生拉伸、加上热处理以便热定型、松弛和卷曲，结果得到一包含大量单根长丝的长丝股，每根长丝均具有进一步加工成纺织品所需的质量系数。将该长丝股切割成一期望长度，最终生成的是具有一限定的有限长度的长段长丝(纤维，短纤维)。最后，在纺织工厂中将这些纤维加工成成品长丝，或当这些纤维与天然纤维混合时将其加工成成品混合长丝，然后将它们转变成织物例如机织或针织材料。
通过增加每纺丝部位的长丝数量可提高该生产线的第一阶段的经济性。为了能在一个位置生产出大量的长丝，存在彼此竞争的多种冷却系统。径向对称的冷却系统和对来自具有排列成环形的并用于熔体输出的孔的喷丝板的长丝进行纺丝具有最大的潜力。
该环形长丝束内的中心喷气芯—其中从内向外地向该长丝束供给冷却空气—结构复杂并且难以操作。
以圆柱形地围绕该长丝束并从外向内地供给冷却空气的冷却系统提供了一种简单而且易于操作的可选方案。然而，如果将通过具有良好可靠性的纺丝来生产均匀长丝，则该系统对操作条件要求苛刻。
对越来越细的长丝日益增加的需求，并具体地对纤度小于1旦尼尔的微纤维日益增加的需求是一个额外的挑战。这是因为一方面由于每个喷丝头孔的通过量低而使经济性变差，另一方面因为该纺制长丝非常易损。在纺丝中会出现较多的故障，该长丝的质量变得不能令人满意。
在冷却过程中，大量的长丝和该熔融长丝束内的细纤度导致该(长丝)束内发生变化，这种情况通过由低纺丝速度所导致的低纺丝张力而加剧。由此会出现粘结或长丝断裂。高密度的长丝使供给的冷却空气的流动受到的阻力增大。冷却空气不能完全通过该长丝束，这会延迟在该长丝束内部对长丝的冷却。其结果是该长丝的特性不均匀。
DE3708168 C2描述了一种用于冷却来自喷丝板的熔融纺制的长丝的冷却装置，该喷丝板具有按排列成环形的喷丝毛细孔以及一个径向对称的冷却空气进给机构，该机构位于该长丝的中心并且方向朝外。然而，生产出的长丝并不细，而且由于该喷丝毛细孔的数量小所以该装置的生产量是不经济的。在所提到的该文件中(第二栏，36行及以后)说明了具有方向是从外向内的空气供给机构的该冷却系统，其适于应用的范围内有限。
WO 01/98564 A1中公开了一种用于生产均匀的单丝的纺丝和冷却装置，该装置中具有一径向对称的并且从外向内的冷却空气供给机构。生产的单丝不细并且由于单根单丝的数量小而使得该装置的生产能力受限。文件中给出的细节没有提供任何关于冷却从多毛细孔喷丝头输出并将应被进一步加工成纤维的长丝的教导。
文献JPA 55-093816涉及生产具有一细度的无端长丝，该长丝不适于加工成纤维。此文献中没有说明关于当通过喷丝头的聚合物通过量高时对来自一多毛细孔喷丝头的长丝地冷却的教导。
从文献WO 01/88233 A1中可以看出一种具有一环形喷丝头、一由外向内的冷却系统和一个给油器系统的纺丝系统。所描述的是例如以1800m/min的纺丝速度生产出纤度为2.13旦尼尔、断裂伸长率为220％的单丝。然而，只有当使用仅具有一排毛细孔的喷射头时才能得到均匀的单丝，这使得此处理方法不经济。因为速度相当高并且断裂伸长率低而预取向的单丝适于加工成无端长丝但是不适于加工成纤维。
从提到的文献中，很明显没有涉及使用具有多达10000个毛细孔的喷丝板来生产均匀的细长丝的装置。
确实，在传统的纺丝处理方法中可以只通过简单地减小聚合物的通过量使长丝具有一细的纤度。然而，纺丝的可靠性和长丝的均匀性则不够好。在保持通过该喷丝组件的聚合物通过量恒定的同时增加喷丝板内的毛细孔的数量，也可以产生细的纤度。然而经济性没有任何提高。
发明内容
考虑到现有技术中所述的缺点，本发明的一个目的是避免或减少现有技术中已知的缺点。
具体的，本发明的一个目的是提供一种用于生产细长丝的方法，其中可以在具有一径向对称的冷却装置和一从外向内引导的冷却气体供给机构的纺丝系统中生产该长丝，在此情况下，每个纺丝部位以大量的长丝工作并且同时尽可能地避免出现以长丝断裂和粘结为形式的纺丝故障，从而可以通过具有良好可靠性的纺丝得到均匀的长丝。
本发明的另一目的是提供一种能够被经济地执行即以充足的生产能力，也就是每纺丝部位的熔体通过量至少为100kg/小时的情况下执行的上述指定类型的方法。
本发明的另一目的是提供一种上述指定类型的方法，此方法的冷却气体系统优选地是，通过使长丝可能的移动最小而可保持长丝的行进路径稳定并且该长丝的均匀特性没有下降，而甚至是优选地升高。
本发明的最后一个目的是提供一种能够产生细的纺制长丝(LOY’s)的上述指定类型的方法，该细的纺制长丝适于进一步加工并尤其适于拉伸成细的短纤维(纤维)以及特别是微纤维。
通过使用具有权利要求1的所有特征的方法可实现所述目的以及没有明确说明但可以容易地从这里讨论的相关事实中推论或推断出其它的目的。根据本发明方法的适当的实施例以及变型在引用权利要求1的权利要求中得到保护。
根据该事实，即在开始提到的类型的方法中：
(a)将熔体提供给该喷丝组件(2)，并且从该喷丝板中的7500到14250个毛细孔以熔融长丝(9)的形式挤出该熔体，
(b)该熔体浸润该喷丝板上游侧的环形面，其中该环形面包括该熔体的出口毛细孔，毛细孔的密度在每平方厘米喷丝面积8个和28个毛细孔之间，
(c)在每个毛细孔0.13mm和0.24mm之间选择该各喷丝毛细孔的液力直径，
(d)通过环形油剂涂敷装置中的朝向内圈的间隙输送该冷却的长丝，所述涂敷装置设置在距该喷丝板的下侧650到1200mm，通过该间隙向该长丝束定量施加一油剂/水的混合物，在该涂敷装置处使该长丝束的直径收缩，从而从该喷丝毛细孔到该长丝接触该涂敷装置处的圆的直连线与垂直于该涂敷装置的垂直线之间成一个在1.5°和9°之间的角度，
(e)通过至少一个从动导丝盘以在800m/min和1550m/min之间的速度抽出该涂敷有油剂的长丝束，和
(f)单根长丝具有一在1.5和4.0旦尼尔之间的纤度和一至少为300％的断裂伸长率。
可在具有一径向对称的冷却装置和一从外向内引导的冷却气体供给机构的纺丝系统中生产非常有利的和非常细的长丝(LOY’s)，在此情况下操作中每个纺丝部位有大量的长丝，同时可以减小以长丝断裂和粘结为形式的纺丝故障，从而通过具有良好可靠性的纺丝可得到均匀的长丝。
在喷丝组件、涂敷装置和冷却气体的区域内的根据本发明的特殊设置、布置和操作参数的相互作用第一次以一个不容易预测的方式产生一种方法，该方法的特征在于，纺丝具有惊人的高可靠性以及同时由所得到的细长丝形成的产品有很好的质量。
除此之外，还存在一些根据本发明的一个方法所获得的一系列其它特殊的优点。它们其中包括以非常有利的和经济的方式，即有充足的生产能力也就是每纺丝部位熔体的通过量至少100kg/小时，生产该希望的细的LOY长丝。
根据本发明的冷却气体系统可以通过使长丝尽可能小地移动来使该长丝的行进路径保持稳定，以及使该长丝的均匀特性没有降低而是升高。
最后，根据本发明的方法可生产适于进一步加工并且尤其适于拉伸成细的纤维以及特别是微纤维的细的LOY长丝。
在根据本发明的方法的范围内，通过以一恒定速度旋转的纺丝泵将熔体或混合聚酯熔体压进喷丝组件中，并且将其从该喷丝组件的喷丝板中的喷丝毛细孔中挤出以形成熔丝。使用一个已知的计算公式，将旋转速度设定成用泵抽取恒定数量的熔体并可获得具有希望纤度的长丝。
例如可以在一个挤压机中由聚合物切片制成该熔体，在此情况下预先使切片干燥到含水量≤50ppm是特别有益的。
通常称为纺丝温度并在该纺丝泵的上游测量的熔体温度取决于使用的聚合物或共混/混合聚合物的熔点。它优选地处于公式1给定的范围内：
公式1：T_m+15℃≤T_Sp≤T_m+45℃
其中
T_m：聚酯的熔点[℃]
T_Sp：纺丝温度[℃]
规定的参数的目的是限制粘性的水解下降和/或热下降，其应该适当地尽量小。在本发明的情况下，目标是粘性下降小于0.12dl/g并优选地小于0.08dl/g。
该熔体的均匀性直接影响该纺成的单丝的材料特性。因此优选地在该产品歧管(product manifold)中使用静态混合器，特别优选地直接在该歧管中的分支的上游使用。
通过所谓的伴随加热来调节取决于纺丝温度的喷丝板温度。例如一被“狄菲尔换热剂”或额外的对流或辐射加热器加热的纺丝束可被认为是一伴随加热系统。喷丝板温度通常近似地与该纺丝温度处于同一水平。
根据US5250245，由公式2使用聚合物或共混聚合物的密度、喷丝毛细孔的直径和该单根单丝的纤度来计算该纺丝拉伸i_Sp即抽出速度与挤出速度的商：
i_Sp＝2.25·10⁵·(δ·π)·D²(cm)/dpf(旦尼尔)
其中
δ＝熔体的密度[g/cm³]，对于PTMT＝1.12，PET＝1.22g/cm³
D＝喷丝毛细孔的直径[cm]
dpf＝每个单丝的纤度[旦尼尔]
在本发明的情况下，该纺丝拉伸选择在60和200之间，特别是在65和165之间并特别优选地在80和135之间是有利的。
单位时间内每个喷丝板处理聚合物的量限定了该纺丝系统或方法的经济性，因为由这个数量限定了每纺丝生产线/流程的纺丝部位的数量。根据本发明的方法可以有利地在超过每喷丝板每小时100kg聚酯的聚合物通过量下执行。作为在从0.5到1.2旦尼尔范围内的纤维纤度(与该成品纤维的纤度有关)的函数，根据本发明每喷丝板100到450kg/小时的进给量(通过量)是一个优选值。为了生产最大纤度为1(成品纤维的纤度)的微纤维，尤其优选一为每喷丝板100到400kg/小时的通过量。在根据本发明的方法的情况下，可将多个纺丝系统组合以形成一纺丝生产线，在这种情况下可得到从每纺丝生产线每天100到稍大于250吨的聚合物生产量。
可在本发明的方法中成功使用的纺丝板具有以圆形或环形排列的用于排出熔体长丝的熔体出口毛细孔，结果是该长丝束在水平横截面内呈一环形。
在这种情况下，本发明中的熔体出口毛细孔有利地在该喷丝板内布置成多个同心环(毛细孔圈)的形式。在该喷丝板内优选地设置16到30个直径不同的毛细孔圈，并甚至更优选地为20到28圈。
在这种情况下，直径最大的毛细孔圈是外圈而直径最小的毛细孔圈是内圈。
根据本发明，所述环形喷丝板与此相匹配。
这种毛细孔圆圈的布局在长丝束内形成一个无毛细孔的内部区域，这对于使冷却气体最佳地通过该长丝束是很重要的。在此情况下在1.2和1.8之间并优选地在1.26和1.6之间选择该外圈和内圈的直径之间的比率。
优选地在300和600mm之间并特别优选地在350和450mm之间选择喷丝毛细孔外圈的直径。
为了与该径向对称系统协同作用，已证明其上分布有熔体出口毛细孔的喷丝板的区域具有为环形区域的形式是令人满意的。在此情况下该外圈直径的大小是计算该纺丝部位所占的空间的基础。
该喷丝板内的毛细孔的数量在7500和14250之间。毛细孔的数量在8500和11000之间也是有利的。毛细孔数量在10000和11000之间也能获得非常好的效果。利用所述的毛细孔的数量，可实现高的细纤度生产能力。这样来选择该喷丝板的区域的尺寸，即每单位面积的喷丝毛细孔的数量(毛细孔密度)在每平方厘米8和28之间，优选地在12和22之间并特别是在12和19之间。在毛细孔环(毛细孔圈)上毛细孔的总量可分布成a)在每个环或圈上毛细孔的数量相同，或b)每个环或圈的毛细孔数量不一样。毛细孔行之间的间距优选地保持恒定，即在此情况下两个相邻的毛细孔圈的直径之间的差总是相同的。
优选地，各圈上有相同数量的毛细孔，并且选择毛细孔行上的毛细孔的排列方式为一行上的每个毛细孔位于(其)相邻两行的毛细孔之间。如果两相邻行的四个毛细孔形成蜂巢状物的一部分(在图2中用W标识)则会更有利。
除圆形外，该喷丝毛细孔的横截面也可以是通常在熔融纺丝方法中使用的任何横截面，例如多叶形(二叶形、三叶形、八叶形等)或环形(对于空心纤维)。然后选择这类毛细孔的尺寸以使该毛细孔的开口面积为：
F＝πD²/4   其中D＝液力直径
当该横截面为圆形时，D是该毛细孔的直径。
单个喷丝毛细孔的液力直径在0.13到0.24mm之间并优选地在0.15到0.22之间。对于纺制长丝的纤度(纺丝纤度)≤3.6旦尼尔的情况使用直径≤0.2mm(的毛细孔)是有利的。优选地在1.5和6之间并尤其优选地在2.0和4之间选择该喷丝毛细孔的长度与其直径的比率。
通过该选定的毛细孔直径可避免制造和清洗问题。还可以得到该熔体从该毛细孔足够高的出口速度。
在本发明的一优选实施例中，被挤出的长丝在从该喷丝板出来时会通过一个冷却延迟区域。此区域正好在该喷丝组件下面并且表现为一反弹区域，在该区域中保护从该喷丝毛细孔中喷出的长丝使之不会直接曝露在冷却空气中从而延迟了它们的拉伸/变形或冷却。在该区域后冷却气体立即开始从该冷却系统中排出。该反弹区域的长度适宜地在＞0到60mm之间并优选地在20和50mm之间。
该反弹(区域)优选地允许避免该纺制长丝的伸长率的降低，并在极端情况下应避免由于该喷丝板的过高的冷却而引起的该长丝的断裂。
一径向对称的冷却系统紧跟在该喷丝板以及必要时存在的冷却延迟区域后。在该冷却系统内部，利用从外部朝向长丝束的冷却气体流冷却该长丝。
从现有技术中本技术领域内的技术人员已熟悉用于冷却单丝的方法。根据本发明的已证实非常成功的是使用冷却气体并尤其是冷空气。该冷却空气的温度优选地在12℃到28℃之间并尤其优选地在14℃到22℃之间。
根据聚合物通过量明确地选择冷却气体的体积。这样特别是出于经济上的考虑。在此情况下，根据本发明优选地是，相对于通过该喷丝组件的熔体的通过量冷却气体的体积在每kg聚合物6到14Nm³之间。较小的体积会使该长丝束不稳定并导致长丝的粘合。较大的体积在经济方面是不利的。
该径向对称的冷却系统的特征是，有一个用于冷却气体的圆柱形的，有孔的出口表面。该冷却系统，或者说该冷却气体的出口表面围绕该长丝束，从而冷却气体流朝向该长丝束的内部并存在一由外到内的入射空气流。这样可向将冷却空气均匀地供给长丝束中的每一根长丝并将冷却气体引入该长丝束内的自由空间。
在长丝的一限定长度或出口长度上将冷却气体均匀地供给该长丝束。该冷却区域根据本发明的布置包括在一个长度在从100到300mm的范围内的区域中将冷却气体供给从所述延迟区域内出来的长丝，即在100-300mm的出口长度上将冷却气体供给该长丝。出口长度为150到250mm则尤其有利。
令人吃惊地是，该冷却气体的出口长度，与由该喷丝板上的喷丝毛细孔的分布限定的该长丝束的环形形状相配合，会使该长丝束有轻微的膨胀，这对于该长丝束所行进路径的稳定性是有利的。
该径向对称的冷却系统为一个圆柱形状是有利的，根据定义，该圆柱在其整个长度上具有恒定的半径并且该冷却气体从圆柱的可透过的内壁流出并流向该熔融长丝。
在这个优选实施例中，有利的是，来自该喷丝毛细孔的外圈的熔融长丝与冷却气体流出的壁(该圆柱的内壁)之间的距离对长丝特性的均匀性进行控制。因为在该长丝的移动方向上该长丝束的形状是圆锥形的，所以在该长丝和冷却气体流出的壁之间的距离会发生变化。作为本发明的一部分，给出了毛细孔的外圈的垂直线—垂直于喷丝板的线—与冷却气体流出的壁之间的距离。
该喷丝板上的毛细孔的外圈的假想垂直线与冷却气体流出的圆柱壁之间的距离在10和30mm之间并优选地在10和15mm之间。选定的该距离可避免该长丝撞到冷却气体流出的壁或吹风壁上，同时可使足够量的冷却气体通过由长丝形成的阵列进入到该长丝束的内部并在该长丝束的内部向长丝提供足够的冷却气体。在此情况下，由于该冷却气体在进入该长丝束之前被抽取出，所以冷却损失最小。空气可顺利地、有效地和均匀地吹过大量的长丝。
然而，该径向对称的冷却系统可有一与该锥形长丝束相匹配的变化的半径，并因此该冷却系统可具有轻微的锥形而不是圆柱形。在这种情况下，在长丝移动的方向上将该冷却系统的半径设置为变小。
利用至少一个有孔金属层可形成冷却气体流出的该可透过的壁。为了使该冷却气体的出口速度在一空气流出的长度上和直径上均匀，使用一个形成一附加层的穿孔板的形式的缓冲器是优选的。根据本发明，在一优选实施例中，在冷却气体流出的可透过壁中该冷却气体流过一缓冲元件，冷却气体可穿透的该构件的开口面积占冷却气体流出的壁的17％到34％。
根据本发明，在该冷却气体进入的区域下方插入一环形的油剂涂敷装置，该长丝束通过该涂敷装置。由涂敷装置形成环形的直径小于该长丝束的直径，或换句话说小于该喷丝板内的毛细孔圈的直径。这样在该涂敷装置处该锥形长丝束稍微变窄并且其直径减小。然而，该长丝束仍保持扇形。根据本发明涂敷装置在与长丝束接触的圆形线处的直径选择为该喷丝毛细孔的内圈直径的0.95到0.55倍。
在一个环形涂敷装置中，向该纺织长丝均匀地供给希望数量的包括油剂和水的混合物的纺丝油剂。向该长丝束施加的优选地是作为长丝重量百分比的20％到30％的水和0.2％到1％的油剂。
原则上，该涂敷装置包括一个设计成不接触该长丝的环形上部和一个在一个圆上接触该长丝束的环形下部。这两部分由一个空隙隔开，从外部定量加入的油剂/水的混合物从该空隙中流出并供应给该长丝。这种几何形状可避免该长丝束的分裂。
使用所述类型的涂敷装置，当该长丝束收缩时可避免与该长丝束发生任何干摩擦。跨越该涂敷装置中朝向该内圈的空隙输送冷却的纺制长丝。通过该空隙将油剂/水的混合物定量施加到该长丝束上。因此该介质供给空隙的方向是向内的。结果是，不必在该涂敷装置之前强制排出沿该长丝束内部所携带的冷却空气。
在该长丝移动的方向上，将该涂敷装置设置在冷却气体流出的表面的下游。到喷丝板下侧的限定的距离的目的是稳定该长丝束。通过本技术领域内的技术人员已知的方法可确定根据本发明合适的距该喷丝板下侧的距离，以联机/在线测量该长丝线速度和/或长丝温度，例如使用由TSI(德国)公司制造的激光Doppler风速计或由Goratec(德国)制造的IRRIS 160型红外摄像机。根据本发明，长丝接触涂敷装置处的圆与该喷丝板下侧之间的距离是650到1200mm。已证实从700到1000mm的距离是特别合适的。
从喷丝板内的喷丝毛细孔到单丝接触该涂敷装置处的圆的直连线与垂直于该喷丝板的垂直线之间形成一个1.5°和9°之间的角度。该角度在下文是称为为长丝的收缩角。在本方法的优选实施例中，在1.5°和8°之间并尤其优选地在2°和7°之间选择一收缩角。
因为该圈(环)的半径不同，所以对于该喷丝板内的每个毛细孔圈(环)可得到一个不同的收缩角。该毛细孔圈(环)的半径越大，则该收缩角就越大。毛细孔圈(环)不同的收缩角在从1.5°到9°的范围内。
规定该长丝束的收缩角可使长丝持续地贴靠在涂敷装置上并从而可均匀地施加油剂，并允许对该长丝限定一个导向点以防止长丝飘动。
引导该长丝束通过该涂敷装置内部允许在该长丝束内部伴随的冷却空气移动较长的距离，超过该涂敷装置所在的位置。这确定了该长丝束内的长丝的状态并使该状态稳定。
在供给冷却空气的位置下面，引导该长丝束以及其伴随的冷却空气通过一个基本上垂直的圆柱形纺丝管道。在该环形的涂敷装置下面，位于该长丝束内部的空气开始再次流出。通过该纺丝管道的一有孔壁抽出空气的一部分，空气的另一部分仍伴随该长丝束。将该长丝束供给该抽出装置(withdrawal)并在一第一长丝引导器将长丝束聚成一束。这样选择该环形涂敷装置到该成束长丝引导器的距离，以使长丝支承在涂敷装置上，即选择该涂敷装置与该成束长丝引导器之间的偏转角/收缩角小于喷丝毛细孔的最小圈与涂敷装置之间的最小收缩角，即小于1.5°并优选地小于1°。
通过杆或滚筒将来自每个喷丝头的成束长丝的方向变为水平的，并使所述成束长丝与来自其它喷丝头的成束长丝结合而形成一多股丝。通过具有至少一个从动导丝盘的导丝盘单元抽出这根多股丝并用一个绞盘单元将其存放在条筒中。
该第一导丝盘单元的周向速度称为抽出速度或速率。根据本发明，借助至少一个从动导丝盘以800和1550m/min之间的速度来抽出该制备好的长丝束，从而得到细的LOY长丝。特别优选的一速度范围是在800和1450m/min之间。
优选地以从800到1200m/min的较低的抽出速度来抽出一以相当快的速度结晶的聚合物例如PTT。优选地以从1000m/min到1450m/min的速度抽出PET。较低的速度使得本纺丝方法较为不经济。较高的速度不再生产低取向LOY’s-断裂伸长率大于300％的纺制长丝。
通过已知的装置可由该纺制长丝形成多股丝(yarn rope)，将这样的多股丝安放在一筒子架中并在纤维段中将其加工成拉伸的多股丝或切短的纤维。这一点上，特别可参考F.Fourné(1995)所著、Hanser Verlag ofMunich出版的“Synthestische Fasern”一书。
以一取决于纺制长丝的断裂伸长率的拉伸比拉伸该长丝。根据本发明，在拉伸后，在纤维段上使该纺制长丝松弛一确定量R，即在长度上收缩。最后得到是处理完成的纤度在一确定范围内的纤维。
根据本发明，以一由下面的经验公式给出的拉伸比(VV)拉伸、热定型/固化和卷曲该长丝
                       VV＝1+k(RD/100)
其中RD是用(％)表示的该纺制长丝的断裂伸长率，且在0.58到0.72的范围内选择k。
在卷曲期间和/或之后使该拉伸的长丝变干(作为一个选项)并使其按一比率R松弛，并将该长丝切割成长度有限的纤维。完成这些后所得到的是纤度由下式给定的纤维。
            纤维纤度＝纺丝纤度/(VV·R)
其中在0.7和1之间选择R。
根据本发明，利用本方法可得到在1.5和4旦尼尔之间的纺丝纤度。优选地得到在1.5和3.6旦尼尔之间的纺丝纤度，并特别优选地在1.5和3.2旦尼尔之间。
该纺制长丝具有至少为300％的断裂伸长率，优选地为310％到500％，并特别优选地为310％到450％。该纺制长丝的断裂强度在10和30cN/tex之间。
该LOY’s足够高的断裂伸长率可允许其具有具有高的拉伸比的好的可拉伸性。
该纺制长丝还具有好的纤度均匀性、断裂负荷和断裂伸长率，在此情况下，其中将所述变量的一变差系数(CV，以％表示)来限定在CV≤20％并优选地CV≤10％作为所述变量的理论基准。
所得到的该成品纤维或单根长丝的纤度在0.5和1.2旦尼尔之间，优选地≤1旦尼尔，并特别优选地在0.5和1旦尼尔之间。
纤维的断裂伸长率至少为10％，对于PET优选地为15％到35％，对于PTT/PBT则为30％到65％。纤维的断裂强度至少为20cN/tex，对于PET优选地至少为50cN/tex，而对于PTT、PBT至少为25cN/tex。
在本发明中可使用所有常用的聚酯，例如特别是PET、PTT和PBT。聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTMT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)对于本技术领域内的技术人员是已知的。对苯二酸与等摩尔量的1，4-丁二醇缩聚可得到聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，对苯二酸与等摩尔量的1，3-丙二醇缩聚可得到聚对苯二甲酸丙二醇酯，对苯二酸与等摩尔量的乙二醇缩聚可得到聚对苯二甲酸乙二醇酯。这些所述的聚酯的混合物也是可能的。
聚酯可以是均聚物，也可以是共聚物。特别是可以考虑那些共聚物，即除了重复的PET、PTMT和/或PBT单元外，还包括—用所有重复单元在该聚酯内的百分比表示—可达15摩尔％的正常共聚单体，例如1，2-亚乙基二醇/甘醇、二甘醇、三甘醇、1，4-环己烷二甲醇、聚乙二醇、间苯二酸和/或己二酸。然而，在本发明范围内优选地是聚酯均聚物。
本发明中可用的聚酯优选地是可热塑成形的并能够被纺成单丝或长丝。在这种情况下具有在从0.5dl/g到1.2dl/g的范围内的最大粘度值的聚酯尤其有利。尤其优选的聚酯是极限粘度为0.5-0.7dl/g的PET，极限粘度为0.6-1.2dl/g的PTT和极限粘度为0.6-1.2dl/g的PBT。
一聚合物熔体例如可从一缩聚系统的缩聚反应器中直接得到。然后通过一抽出泵可将该聚合物熔体用泵抽吸到一歧管系统中，然后将该熔体供给到至少一个包括至少一个纺丝泵和一喷丝组件的纺丝部位。可选择的，可在一挤出机中熔化干燥的聚合物切片，并然后将其用作熔体。
根据本发明的聚酯可包括常用数量的其它添加剂作为添加物，例如催化剂、稳定剂、抗静电剂、抗氧化剂、防燃剂、染料、染料吸收改性剂、光稳定剂、有机亚磷酸酯、荧光增白剂和褪光剂。作为该单丝的总重量的百分比，该聚酯中包含按重量计算优选地为0到5％并特别优选地为0到1.4％的添加剂。
作为单丝总重量的百分比，该聚酯也包括一小部分交联组分，其按重量计算优选地可达0.5％并尤其优选地可达0.25％。根据本发明优选的交联组分其中包括多元酸例如偏苯三酸、均(1，2，4，5-)苯四酸或三价到六价的醇例如三羟甲基丙烷、季戊四醇、聚二季戊四醇、丙三醇或相应的含氧/羟酸。
在本发明的范围内，将作为单丝的总重量的百分比的按重量计算的0.05％到2.5％的添加聚合物作为一增加伸长的制剂与该聚酯相混合。根据本发明特别适合的添加聚合物其中包括在公开的文本WO 99/07927和DE 10022889 A1中说明的聚合物和/或共聚物。
在本发明范围内优选地是形式为粒度处于一特别有利的范围内的珠状聚合物形式的添加聚合物和/或共聚物。根据本发明通过例如与该长丝聚合物混合而使用的添加聚合物和/或共聚物，适宜地为具有从0.1到1.0mm的平均直径的颗粒形式。然而也可使用较大或较小的珠或粒。该添加聚合物和/或共聚物也可以已包含在基体聚合物切片内，从而无须定量供给。
在该聚酯基体中是无定形的和不可溶解的添加聚合物和/或共聚物也是优选的。它们优选地具有90到200℃的玻璃态转化温度，可用已知方式确定该玻璃态转化温度，优选地通过差示扫描量热法。从现有技术中可得到进一步的细节，例如印刷的公开物WO99/07927中的例子，在此将该公开作为参考结合在本文中。
优选地这样选择添加聚合物和/或共聚物，即以该添加聚合物和/或共聚物与该基体聚合物的熔融粘度的比是0.8∶1到10∶1，并优选地是1.5∶1到8∶1。这种情况下，通过振荡流变仪在2.4GHz的振荡频率以及一个等于该基体聚合物的熔点加34℃的温度下测量熔融粘度。对于PET，熔融粘度的测量温度是290℃，进一步的细节同样也可在印刷的公开物WO 99/07927中找到。添加聚合物和/或共聚物的熔融粘度优选地高于基体聚合物的熔融粘度，已发现为该添加聚合物和/或共聚物选择一特定的粘度范围并选择该粘度比率可有助于优化所生产的长丝的特性。利用一个最佳的粘度比率可使加入的添加聚合物和/或共聚物的数量最小，此外这还改进了本方法的经济性。所纺制的聚合物混合物优选地包括按重量计算的0.05％到2.5％，并特别优选地包括按重量计算的0.25％到1％的添加聚合物和/或共聚物。
通过选择有利的粘度比率可实现该添加聚合物和/或共聚物的粒度在该基体聚合物内窄的分布范围，同时实现该添加聚合物和/或共聚物在该长丝内的希望的原纤结构。该添加聚合物和/或共聚物的高于该基体聚合物的玻璃态转化温度的玻璃态转化温度确保这个原纤结构在该纺制长丝内快速固化。一离开该喷丝头，在此情况下该添加聚合物和/或共聚物的最大粒度是大约1000nm，但平均粒度是400nm或更小。在对长丝进行纺丝拉伸后，可得到有益的原纤结构，其中该长丝包括按重量计算至少60％的长度在从0.5到20μm的范围内以及直径在从0.01到0.5μm的范围内的原纤维形式的添加聚合物和/或共聚物。
其中，以一种已知的方式，该纺丝添加物可以熔融态或固态定量加入基体聚合物，在其中均匀地分布并分散成小颗粒。可以有利地使用一种在DE 1002289中详述的装置。
附图说明
将参照下面的附图描述本发明的一优选实施例。
图1示出一种用于执行根据本发明的方法的装置的示意图。
图1a是图1的局部放大图。
图2示出在环形喷丝板内喷丝毛细孔的优选设置。
具体实施方式
图1示出一种用于执行根据本发明的方法的装置的示意图。一被载热蒸汽(狄菲尔换热剂)加热的绝缘纺丝箱体1包括纺丝泵(未示出)和一喷丝组件2。该圆柱形喷丝组件2包括一包含喷丝毛细孔的环形喷丝板3。径向对称的冷却管道4具有一冷却气体供给机构B。在双圆柱形式的闭合的冷却管道4中，该冷却气体以环形分布在内部空间的周围，并在顶部通过一个可透过的内壁从外向内将该冷却气体引入到长丝占据的空间。用箭头表示冷却气体5的进入部分。紧跟着冷却管道的是该纺丝管道7，该纺丝管道具有一封闭的圆柱管和位于该圆柱管端部用于均匀地抽取出冷却气体的可透过的圆柱部分8的形式。存在冷却气体的入射流的最早位置在该冷却管道中的位置10。环形油剂涂敷装置位于该冷却管道或纺丝管道中气体的出口区域5的下方。熔融长丝9从该喷丝板中的环形喷丝孔中出来并以涂敷有油剂的长丝形式朝该会聚的导纱器(未示出)的方向离开冷却气体区域、涂敷装置6和纺丝管道。
图1a示出图1的放大细节。其中将长丝示为喷丝板中的喷丝毛细孔和该油剂涂敷装置之间的直连线。该连线与垂直于该喷丝板的垂直线L构成收缩角α1和α2。该角度α是在该涂敷装置下方相对于成束长丝引导器的收缩角。该喷丝板与该油剂涂敷装置之间的距离示出为距离S。A表示反弹而K是冷却管道壁与毛细孔外圈之间的距离。
示为D_i和D_a的直径分别是该毛细孔内圈和外圈的直径。D是该冷却管道的可透过的壁的直径。
图2示出在该环形喷丝板3中该喷丝毛细孔11的优选布置形式。作为示例仅示出该毛细孔圈上的一些毛细孔。该喷丝毛细孔外圈的直径是D_a而内圈的直径是D_i。W表示该毛细孔11的一错列(蜂巢式)设置。
下面将描述上述的图1和2中所示的该设置的工作方式。
首先通过一加热的产品歧管(未示出)将聚酯熔体供给至该纺丝箱体1，并以恒定的聚合物通过量，借助一齿轮泵将该聚酯熔体供给该具有环形喷丝板3的喷丝组件2。
熔融长丝9从该喷丝板3内的喷丝孔出来，该喷丝孔优选是圆形。从该喷丝板出来后，该长丝通过径向对称的冷却管道4，在其中使用流过该入口部分5的冷却气体使该熔融长丝9冷却。在(通过)具有冷却气体供给机构的入口部分后，冷却的纺制长丝9通过紧跟在该入口部分后面的冷却管道的封闭的圆柱形管状部分并通过纺丝管道7。纺制长丝9还通过环形涂敷装置6，该涂敷装置设置在该冷却管道的冷却气体进入部分5的下方。在该涂敷装置6中，向该长丝施加一水/油剂混合物。在位于纺丝管道端部的圆柱形可透过部分8中抽吸出冷却气体。
当涂敷有油剂的纺制长丝从该纺丝管道中出来时，它们在一导丝器内形成一束、被一传统的导丝盘-和-绞盘抽出系统抽出(未示出)并存放在条筒中。
下面将参照实施例详细说明本发明，所设计的这些实施例不会以任何方式限制本发明的思想。
对于本技术领域内的技术人员，确定所规定的材料特征的方法是公知的。这些方法可以在专业文献中找到。即使可以用不同的方式确定大多数参数，但在本发明的情况下已证明下面确定长丝或纤维的特征的方法是特别有用的。
在25℃下在Ubbelohde公司制造的毛细孔粘度计中测量固有粘度并用一已知的公式进行计算。使用的溶剂是重量比率为3∶2的苯酚和1，2-二氯(代)苯的混合物。溶液的浓度是每100ml溶液中有0.5g聚合物。
使用Mettler公司制造的DSC热量计来确定熔点、结晶温度和玻璃态转化温度。在此情况下，首先将样品加热到310℃并熔化，然后骤冷(样品)。在10K/min的加热速度下在从20℃到310℃的范围内进行DSC测量。由处理器确定该温度参数。
在下列条件下通过奥地利的Lenzing公司制造一组装置-Vibroskop和Vibroyn-来确定纤度、断裂强度和断裂伸长率。条件是：对于LOY和纤维，自由夹持长度分别是10和20mm，测量速度分别是100或200mm/min，预载荷是0.6cN/dtex。断裂负荷的值除以纤度可得到断裂强度，可在最大负荷下估算断裂伸长率。
每次设置进行50次单独测量并从这些测量中计算平均值和变差系数(CV)。
示例1到12
在298℃的温度下，在由Barmag公司制造的10E10型挤出机中使固有粘度为0.64dl/g，熔点T＝256℃以及含水量为22ppm的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)熔化，并在相同温度下将其引入一产品歧管。在纺丝箱体的温度为298℃。在该歧管中安装了三个瑞士Sulzer公司制造的SMXL型混合器。
将熔体供给一个图1中所示类型的德国Zimmer公司制造的BN 100plus型纺丝系统，该系统包括一齿轮泵(每转150ccm)和一具有一环形喷丝板的圆柱形喷丝组件。用温度为18℃以及相对湿度为80％的冷却空气冷却从该喷丝板的环形毛细孔中出来的熔融长丝，其中的空气流出的壁由一有孔板制成，该有孔板面积的22％为直径2mm的间隔4mm的孔的形式的开口和一具有150my孔的金属屏占据。该空气流流入的最早位置距该喷丝板40mm。该毛细孔外圈的垂直线距离气体流出的壁12mm。所述壁的空气流过长度是200mm。
如上文定义的该喷丝毛细孔圈相对于该涂敷装置的收缩角在2和5.8°之间。通过该涂敷装置中的环形间隙将一水/油剂混合物施加到长丝。该涂敷装置距离该喷丝板850mm并且其直径为200mm，是该毛细孔圈的直径D_i的0.77倍。
其它的几何数据项实施如下。D_a/D_i是1.43；D_a是373mm；该喷丝板的环面积是600cm²，其意味着根据毛细孔的数量确定毛细孔密度在12.5和17.5每cm²之间。
在离该喷丝板3700mm的距离处抽出取决于输入体积的冷却空气的体积。从纺丝管道出来的涂敷有油剂的长丝在离该涂敷装置大约4450mm处在一导丝器中被聚成束，并通过一传统的导丝盘和绞盘系统被抽出并堆放在条筒中。
表1中可见该纺制长丝变化的参数以及其所形成的纤度。由于纺制长丝在条筒中的松弛作用，所以测得的纤度与理论纤度的比率是0.8∶1。
表2中列出了纺制长丝的特性。改变示例1和2中的抽出速度，可改变断裂伸长率。在示例10中用喷丝毛细孔的直径较小的不同的喷丝板重复示例5。其它方面都相同的情况下，这可提高CV值。
将参照一个专门的示例说明纺制长丝的拉伸。
收集并装载示例7中的包含纺制长丝的多个条筒以输送给纤维段。该拉伸分两个阶段进行，即给定总的拉伸率为3.29，在温度为70℃时比率为2.9以及在温度为80℃时比率为1.134。在180℃进行热定型。然后该多股丝冷却，使其通过一100℃的蒸汽室并在一卷曲箱内被卷曲。在一连续运行的网带式烘干机中在70℃烘干该多股丝。这使得该多股丝以R＝0.93的比率松弛。最后将该多股丝切割成切割长度为38mm的纤维，测得该纤维的特性如下：
纤度＝0.89旦尼尔，CV＝8.8％，
断裂强度＝55.8cN/tex，断裂负荷的CV＝5.6％，
断裂伸长率＝18.8％，CV＝14.7％
通过适当地选择常数k和松弛比率R，在示例1-12中根据纺制长丝的断裂伸长率这样地选择拉伸比，即可得到该纤维希望的最终纤度＜1.2旦尼尔，并优选地＜1旦尼尔。表3示出示例1-12中的拉伸纤维的参数。
示例13
在如前面的示例1-12中的纺丝系统中，直接位于喷丝板下方的该冷却延迟区域的长度增加为50mm。在该挤出机中，在255℃的温度下熔化(固有粘性)IV为0.93dl/g、熔点T_m为227℃以及含水量为20ppm的PTT切片，并用泵抽出此熔体使其通过同样的温度下的产品歧管。将纺丝箱体的温度设为256℃。将抽出速度设为900m/min。表1到3中给出所生产的纺丝纤度和其它相应的纺丝和拉伸参数。该纺丝过程是稳定的，并且这样生产的细长丝的质量系数很好。
对比示例14和15
根据WO 01/88233 A1，重复本说明书中的示例3并进行下列改动。在距喷丝板500mm处将一该WO的图3形式的涂敷装置插入长丝束，从而该长丝组在一外圈接触涂敷装置。涂敷装置的直径选择为毛细孔圈的直径D_a的1.05倍。分别对应于比耗气量4.25和8.5，空气体积在示例14中设为1100Nm³/h而在示例15中设为2200Nm³/h。
在示例14中，经常发生纺制长丝聚结，这构成一个主要的质量缺陷。在示例15中，可见长丝在涂敷装置上方飘动，这意味着不能保证均匀施加油剂。该纺制长丝的一些CV值超过限度20％。
对比示例16
在使用示例15的设置的另一个试验中，将该纺丝抽出速度增加到1800m/min。该纺制长丝的CV值在10到20％之间，断裂伸长率是244％。拉伸比必须从3.76减小到2.76。
对比示例17和18
重复示例3的参数设置，但不同之处是使用示例3中所用形式的环形涂敷装置，且其内径是D_i的0.385倍。示例17使用与示例3相同的空气体积运行，而在示例18中聚合物的比耗气量设定为19Nm³/kg。相对于涂敷装置的最大长丝收缩角是9.1°。
示例17中发生纺制长丝粘结，这构成一个主要的质量缺陷。示例18中没有发现纺制长丝粘结。然而，该纺制长丝特性的CV值超过限度20％。