用于制造低收缩率的脂肪族聚酰胺纱线的方法和设备以及低收缩率的纱线

摘要

本发明涉及一种用于制造低收缩率的脂肪族聚酰胺纤维的方法和设备，其中聚酰胺通过喷丝头(2)挤出以形成长丝、继而冷却并且合并以形成至少一根纱线(6)，其中至少一根纱线(6)在喷丝头(2)与成对喂入罗拉(7)之间经受拉伸，继而在进一步的多阶段拉伸步骤中通过成对拉伸罗拉经受4倍至6倍拉长，成对拉伸罗拉相继地加热所述纱线并且至少最后的成对拉伸罗拉(10)具有以5℃至20℃低于纱线(6)的熔点的温度，纱线(6)在后续的至少三阶段的松弛区中松弛6％至10％并且保持在以5℃至15℃低于纱线(6)的熔点的温度范围内，并且随后在卷绕装置(14)上卷绕。本发明还涉及一种由低收缩率的脂肪族聚酰胺纤维构成的纱线。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造低收缩率的脂肪族聚酰胺纱线的方法和设备，其中聚酰胺通过喷丝头挤出以形成长丝、继而冷却并且合并以形成至少一根纱线，其中所述纱线在多阶段方法中拉伸并且继而松弛。本发明还涉及一种低收缩率的脂肪族聚酰胺纱线。

背景技术

高韧性的聚酰胺纱线适于大量技术目的，例如用于在轮胎或输送带之类中加固、用于塑料涂层的材料以及用于绳索或者用于制造气囊。为了经济地制造所述纱线，产品特性应具有在加热时高韧性和低收缩率的特性组合。特别期望的特性是至少80cN/tex(厘牛/特克斯)的韧性和低于约5.0％的热空气收缩率。这种特性组合难以实现，尤其在工业大规模生产中在以高速组合的纺纱和拉伸方法中难以实现。

用于制造气囊纱线的原材料通常为聚酰胺6.6或PA6.6，一种由己二胺和己二酸得到的单体单元构成的脂肪族聚酰胺，其具有大约260℃的熔点。

将明显更轻易可得的聚酰胺6、即一种由己内酰胺得到的单体单元构成的聚酰胺用作气囊纱线的原材料具有熔点较低的缺点，意味着在触发所述气囊时，纱线可能由于飞散的火花更易毁坏。过去是上述这种情况，因为使用高温膨胀系统。由于当今以较低温度触发气囊，使用聚酰胺6现在是可能的。

在文献EP2205780B1中描述了一种由PA6.6制造气囊纱线的纺纱拉伸方法，其中由熔化的聚酰胺借助于喷丝头制出复丝纱线，所述复丝纱线首先在160℃至245℃的温度下进行多阶段拉伸、然后松弛并且继而在张力作用下卷绕。这种方法不适于PA6，因为在拉伸期间保持温度高于PA6的熔点。所述方法不适于由PA6制成具有合适的热空气收缩率的纱线。

文献EP1666647B1描述了一种由聚酰胺制造气囊纱线的方法，其中由聚酰胺6.6构成的复丝纱线通过熔融挤出制造，所述纱线在第一步骤中在低温下经受较高程度拉伸然后在第二步骤中在高温下经受较低程度拉伸、然后松弛并且继而卷绕。这种方法由于高温也不适于加工PA6，因为使用高达250℃的拉伸温度并且使用高达260℃的松弛温度。此外，根据上述方法对于由PA6.6制造气囊纱线来说是不令人满意的，因为韧性和热空气收缩率的数值波动过于剧烈，并且不会得出所要求的数值。

发明内容

本发明的目的是提出一种方法和设备，借助于所述方法和设备，聚酰胺能够在纺丝拉伸方法中可靠地进一步加工以形成纱线，从而其具有至少80cN/tex的韧性和最高6.5％的热空气收缩率。在此，热空气收缩率应理解为根据ASTM(美国材料实验协会)D4974-04在177℃持续2分钟条件下的测量值。

所述目的通过一种用于制造低收缩率的脂肪族聚酰胺纱线的方法实现，其中聚酰胺通过喷丝头挤出以形成长丝、继而冷却并且合并以形成至少一根纱线，其中所述至少一根纱线在喷丝头与成对喂入罗拉之间经受拉伸，继而在进一步的多阶段拉伸步骤中通过成对拉伸罗拉经受4倍至6倍拉长，所述成对拉伸罗拉相继地加热所述纱线并且至少最后的成对拉伸罗拉具有低于所述纱线的熔点5℃至20℃的温度，所述纱线在后续的至少三阶段的松弛区中松弛4％至10％并且保持在低于纱线的熔点5℃至15℃的温度范围内，并且随后在卷绕装置上卷绕。

根据本发明，在第一多阶段拉伸步骤之后，是至少三阶段的松弛步骤，从而甚至对于PA6或可比较的聚酰胺可实现所想要的韧性数值。就由PA6.6构成的气囊纱线而言，这导致稳定的制造方法，其中能可靠地实现所要求的数值。

在所述方法中，在最后拉伸阶段中的温度稍低于纱线的熔点5℃至20℃。在至少三阶段的松弛期间，温度也保持为恰好低于纱线的熔点、即低于纱线的熔点5℃至15℃、优选5℃至8℃。

因此，所述聚酰胺的聚合物链(分子)能够稳定，导致增强的韧性数值，所述数值至今无法以例如由PA6构成的纱线达到。

由于所述纱线在第三对拉伸罗拉与另外至少两对拉伸罗拉之间的松弛在温度稍低于熔点的条件下实现的事实，实现所述聚酰胺的分子链的迅速和高度固结。

有利的是，在最后一对拉伸罗拉与卷绕装置之间的随后的松弛也向所述聚合物链提供足够的稳定作用。利用所述卷绕装置松弛所述纱线使得可以省略另一对拉伸罗拉。

根据本发明，所述脂肪族聚酰胺包括至少90％重量的、优选至少95％重量的、尤其优选至少98％重量的由己内酰胺导出的单体单元或者由己二胺和己二酸(己二酸己二胺盐)得到的单体单元或它们的混合物。所述重量百分比是相对于聚酰胺的总重量给出的。所述聚酰胺可进一步地包含染料、稳定剂等等。

由己内酰胺得到的单体单元也以下述化学式(1)熟知：

–HN(CH₂)₅CO-(1)

由己二胺和己二酸得到的单体单元也以下述化学式(2)熟知，并且也可由己二胺和己二酸的盐导出：

–HN(CH₂)₆NHCO(CH₂)₄CO-(2)

根据本发明的用于制造低收缩率的脂肪族聚酰胺纱线的设备，包括至少一个喷丝头，聚酰胺通过喷丝头挤出以形成长丝、继而冷却并且合并以形成至少一根纱线，在所述喷丝头之后布置有第一成对喂入罗拉用于所述纱线的第一拉伸，跟随其之后的是第二多阶段拉伸步骤，随后是至少三阶段的松弛区和卷绕装置。

由于唯一跟随所述拉伸步骤的是连续松弛直到所述卷绕装置的事实，所述分子能够经受更长时期的取向和稳定作用。集成所述卷绕装置以松弛所述纱线使得可以省略一对拉伸罗拉，结果是所述系统可以更有利地且紧凑地构造。

在有利的布置方式中，多阶段第二拉伸步骤包括三对呈双罗拉形式的可加热的拉伸罗拉。

所述问题也通过一种线解决，其由低收缩率的脂肪族聚酰胺纤维构成，所述聚酰胺纤维由聚酰胺制造，所述聚酰胺包括至少90％重量的、优选至少95％重量的、尤其优选至少98％重量的由己内酰胺得到的单体单元的成分，根据ASTM D4974-04在177℃持续2分钟的条件下，所述线具有至少80cN/tex的抗拉强度以及1.0％至6.5％的热空气收缩率。

针对所述问题的另一种解决方案通过一种低收缩率的脂肪族聚酰胺纱线提供，其由聚酰胺制造，所述聚酰胺包括至少90％重量的、优选至少95％重量的、尤其优选至少98％重量的由己二胺和己二酸(己二酸己二胺盐)得到的单体单元或它们的混合物的成分，根据ASTM D4974-04在177℃持续2分钟的条件下，所述纱线具有至少80cN/tex的抗拉强度以及低于4％的热空气收缩率。

这样的纱线具有非常易于通过如上所述的方法制造的优点，并且具有至少80cN/tex、优选至少82cN/tex、尤其优选至少84cN/tex的抗拉强度。

所述由聚酰胺构成的纱线的玻璃化转变温度和熔化温度的确定根据ASTM D3418-03实现。玻璃化转变温度和熔化温度均在10℃/min的温度扫描的条件下测量。

附图说明

本发明参照附图更详细地阐明，其中：

图1示出按照本发明的、用于制造纱线的设备的示意性视图。

具体实施方式

图1示出由合成的聚酰胺熔化物制造连续纱线的设备的实施例的示意性视图。借助于纺纱设备1将大量长丝纤维4在高于所用聚酰胺的熔化温度40℃至70℃的温度下挤出。所述纺纱设备1包括喷丝头2，通过所述喷丝头形成所述长丝纤维的单根长丝。所述长丝纤维4从喷丝头2以一定速度输送给骤冷丝室3，并且冷却到低于所述纱线的玻璃化转变温度的温度、例如在PA6的情况下低于50℃。所述冷却通常通过将经冷却的骤冷空气吹过长丝纤维4来起作用。长丝纤维4接着合并以形成纱线6并且施以纺纱油剂5。所述纱线6到达由驱动的罗拉和非驱动的空转罗拉组成的成对喂入罗拉7。所述成对喂入罗拉7确定纱线6从骤冷丝室3离开的抽出速度，所述抽出速度在该示例性实施例中可以是793m/min(米/分钟)。在喷丝头处的纺纱速度与纱线从骤冷丝室离开的抽出速度之间的差异给出长丝纤维4在纺纱过程中的拉伸度。所述长丝纤维4以高于所述纺纱速度的速度通过成对喂入罗拉7抽出。

在所述成对喂入罗拉7之后，纱线6通过至少五个成对罗拉8、9、10、11、12引导。纱线6多次缠绕所述成对喂入罗拉7和每个成对罗拉8、9、10、11、12。

纱线6的拉伸在至少三个阶段中实现：首先在所述成对喂入罗拉7与第一成对拉伸罗拉8之间、然后继续在成对拉伸罗拉8与9之间以及9与10之间。所述成对拉伸罗拉8、9、10优选呈双罗拉的形式；两个罗拉均被驱动，并且具有基本上相同的外直径。这具有下述优点，即纱线6的阶段式加热在相当长时间内连续进行，这对于分子链的变换是有利的。成对拉伸罗拉8、9、10的表面通过(未示出的)加热系统、例如电气加热系统、基于蒸汽或基于液体的加热系统进行加热，在下文中假定在至少两次环绕通过所述成对拉伸罗拉期间，纱线6也采用成对拉伸罗拉8、9、10的温度。

在喂入罗拉7与成对拉伸罗拉8之间的区域形成第一拉伸区，其中根据示例性实施例1，纱线经历速度从793m/min上升至817m/min、环绕所述拉伸罗拉8至少两次并且加热至70℃的温度。

第二拉伸区由成对拉伸罗拉8和9形成，纱线6以2368m/min的速度在155℃的温度下环绕拉伸罗拉9。

第三拉伸区由成对拉伸罗拉9和10形成，纱线6以3409m/min的速度在210℃的温度下环绕拉伸罗拉10。根据这个示例性实施例，在喂入罗拉7与成对拉伸罗拉10之间的拉伸受到因数4.3的影响。在第三拉伸区中的成对拉伸罗拉10以低于纱线熔点5℃至20℃的温度运行。因此，所述成对拉伸罗拉10在纱线由PA6构成的情况下以200℃至215℃的温度运行并且在纱线由PA6.6构成的情况下以240℃至255℃的温度运行。

紧接着拉伸步骤优选借助于双罗拉进行至少三阶段纱线松弛步骤，其中，成对罗拉10和11形成第一松弛区。纱线6的速度阶段式下降并且从3409m/min降低至3272m/min，所述纱线保持在稍低于熔点的温度。在这个示例性实施例中，PA6纱线的温度为215℃，该温度比所述熔点低5℃。按照本发明，低于纱线6的熔点5℃至8℃的温度范围被证明是尤其有利的。在用于热变换的相对长的停留时间(在成对罗拉之间的相对大的距离、相对大的罗拉直径、在相同拉伸度的情况下不同的纱线速度)的情况下，松弛期间的温度范围也可在5℃至15℃的范围内。为了得到所期望的纱线质量，松弛期间的温度范围可以比拉伸期间的温度范围稍微地更靠近熔点。

第二松弛区通过成对罗拉11和12形成，其中纱线6以3150m/min的较低速度围绕成对罗拉12引导。在这种情况下，与第一松弛区类似地，温度也维持在稍低于纱线6的熔化温度。

在这个示例性实施例中，第三松弛步骤在成对罗拉12与卷绕装置14之间进行，其中所述纱线经冷却地以3100m/min的速度卷绕。在成对拉伸罗拉10与卷绕装置14之间的松弛度为9％。

备选地，所述第三松弛步骤也可利用布置在成对罗拉12与卷绕装置14之间的(未示出的)第六对罗拉实现。所述松弛可被卷绕装置14强化，通过所述卷绕装置以低于纱线围绕成对罗拉12或围绕最后一对罗拉经过的速度的速度卷绕纱线6。然而，根据所期望的纱线特性，卷绕装置也能以与最后一对罗拉相同的速度或以较高速度运行。例如，卷绕装置的速度范围可以是高于所述最后一对罗拉的速度的0.8％至1.2％。

根据本发明，所述松弛在三个阶段中以稍低于纱线的熔化温度进行，结果是使聚酰胺的分子链稳定。

纱线的松弛通过成对加热罗拉、优选双罗拉实现，以便使所述纱线具有用于热处理的最短停留时间，聚酰胺的分子链能够在所述停留时间期间稳定；所述两个罗拉是驱动的并且具有基本上相同的外直径。纱线6围绕每个罗拉缠绕数次、至少两次。备选地，如果不低于特定数值的停留时间，则单罗拉的使用是可行的。术语“单罗拉”用于表示由具有大直径的驱动罗拉和具有小直径的随动的空转罗拉组成的成对罗拉。

根据所述使用聚酰胺6的示例性实施例，在纱线由PA6构成的情况下，下述圆周速度和温度数值应用于第一至第五成对拉伸罗拉：

第一成对拉伸罗拉8： 在70℃条件下817m/min，

第二成对拉伸罗拉9： 在155℃条件下2368m/min，

第三成对拉伸罗拉10： 在210℃条件下3409m/min，

第四成对拉伸罗拉11： 在215℃条件下3272m/min，

第五成对拉伸罗拉12： 在215℃条件下3150m/min。

与现有技术不同，纱线6的全部拉伸基本上在成对喂入罗拉7与第三成对拉伸罗拉10之间实现，因为纱线6的随后的速度在略微较高温度、即稍低于熔点处减小，结果是使聚酰胺的分子链稳定，导致增强的韧性。

在最后一对罗拉12之后，纱线6经由交缠机构13供应给卷绕装置14，并且从那里以例如3100m/min的速度卷绕到卷轴上，就是说以低于第五成对罗拉12运行的速度的速度卷绕到卷轴上。这也导致结晶度以及分子定向的稳定和固定。因此，在第三成对拉伸罗拉10之后，纱线6不再经历拉伸，而是以接连更低的速度行进，一直到卷绕步骤。

因此，就纱线6而言，这导致从喂入罗拉7直到第三成对拉伸罗拉10的4.3的拉伸比并且导致从成对拉伸罗拉10直到卷绕装置14的9％的松弛度。在成对喂入罗拉7与第一成对拉伸罗拉8之间的拉伸度为1.03。

已发现，如果PA6在成对拉伸罗拉8与9之间经受初始高程度拉伸，同时温度从低于所述玻璃化转变温度5℃至高于其30℃上升至130℃至180℃，它低于PA6的熔化温度40℃的温度，然后在成对拉伸罗拉9与10之间经受进一步高程度拉伸并且温度进一步上升至210℃，并且后续的松弛以稍低于熔点的温度进行，那么由经济的PA6构成的纱线显示出之前只能由更高数值PA6.6构成的纱线所达到的机械强度值。优选地，温度从成对拉伸罗拉8处的65℃至75℃上升至在成对拉伸罗拉9处的150℃至170℃，从而得出可实现尤其良好数值的结果。

出人意料地，这个发现也可应用于PA6.6，就是说在成对拉伸罗拉8和9处的温度升高，即从在成对拉伸罗拉8处的、低于PA6.6的玻璃化转变温度5℃至高于其30℃的温度升高至在成对拉伸罗拉9处的170℃至220℃。

利用根据本发明的方法甚至在PA6.6的情况下实现热空气收缩率和韧性的一贯稳定的数值。

示例：

在下述实验示例中，第一列(现有技术)描述根据现有技术的方法和纱线。1至3列示出根据本发明的方法和根据本发明的、通过所述方法制造的纱线。

在该示例中，热空气收缩率根据ASTM D4974-04在177℃温度条件下、在2分钟保持时间之后确定。因此与保持时间为4小时的、例如用于轮胎制造的测试方法不同。

在现有技术中，聚酰胺被喂入罗拉7在60℃温度下、以730m/min的速度抽出，并且一直到第三拉伸罗拉10在195℃温度下经受速度为3286m/min的拉伸，这相当于4.5倍拉伸。所述松弛利用单道拉伸机制、即第四拉伸罗拉以在3080m/min速度、170℃温度条件下实现并且进一步到达处于3045m/min速度条件下的卷绕装置，这相当于7.3％的整体松弛。

结果是，根据现有技术的断裂伸长为22.3％，其显著地低于根据本发明的最低数值25.9％，并且根据现有技术的热空气收缩率的数值是8.9％，是根据本发明的、数值在3.7％与4.6％之间的热空气收缩率的两倍。

根据本发明，在第一多阶段拉伸步骤之后，是至少三阶段的松弛步骤，可实现PA6、PA6.6或类似的聚酰胺的所想要的韧性数值。在最后拉伸阶段中的温度以5℃至20℃稍低于纱线熔点。在至少三阶段的松弛步骤期间，温度也保持为恰好低于纱线的熔点、即以5℃至15℃、优选以5℃至8℃低于纱线的熔点。

附图标记列表

1 纺纱设备

2 喷丝头

3 骤冷丝室

4 长丝纤维

5 纺纱油剂

6 纱线

7 成对喂入罗拉

8 第一成对拉伸罗拉

9 第二成对拉伸罗拉

10 第三成对拉伸罗拉

11 第四成对拉伸罗拉

12 第五成对拉伸罗拉

13 交缠机构

14 卷绕装置