[发明专利]高韧性低收缩率聚酰胺纱线

说明书

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2007年11月9日提交的美国临时专利申请No.60/986,671的优先权的权益。本申请因此引入将美国临时申请No.60/986,671的全部内容引入这里供参考。

本发明的领域

本发明涉及高韧性、低收缩率聚酰胺(例如尼龙)纱线的制备方法。尤其，物理性能的结合是通过在联合的(coupled)纺拉成形法中将熔化尼龙聚合物挤出来实现的，该方法包括在卷绕之前的后续的张力松弛和控制步骤。这样的纱线能够用于机织和针织织物的制造中，其中此类纱线和机织织物尤其可用于工业应用如汽车安全气囊中。

本发明的背景

聚酰胺纱线常常用于需要高强度的工业纱线和织物应用中。为了产生最大强度，通过引起分子定向排列的纺丝和拉伸过程来制造尼龙纱线。所实现的取向度越高，韧性越大和可达到的纱线伸长率就越低。使用由聚酰胺制备的高韧性纱线生产织物的基本方面涉及到纱线的固有收缩率。归因于聚合物在纺丝和拉伸过程中经历高度的分子定向排列的事实，此类纱线具有自然收缩的趋势。收缩的速率和程度与拉伸度(其中更高的拉伸导致更大的收缩率)，纱线加热到的温度，和纱线在温度下保持的时间长度相关。因此，通常在热水中洗涤织物和然后在热空气中干燥以促进收缩率和引起织物变得尺寸稳定。纤维的收缩率因为所机织的织物的利用率下降而影响织物的生产效率，因为在机织后处理过程中遇到的织物缩水率会提高。

制造完全拉伸的尼龙纱线的已知方法包括以下步骤：将熔化聚合物经由喷丝板挤出形成长丝，骤冷该熔化长丝，结合这些长丝形成复丝纱和然后拉伸该纱以提高分子取向，降低可实现的伸长率并产生增大的韧性。拉伸是通过让已纺丝的纱线从送料辊行进到拉伸辊来实现的，其中拉伸辊是在比送料辊更高的速度下旋转。拉伸的程度越高，纱线收缩率越高。这一类型的方法，其中纺丝和拉伸步骤集成到连续生产方法中，被称作“纺-拉”工艺。

有可能通过使用缓慢的“两阶段”工艺生产极低收缩率聚酰胺纱线，其中拉伸是在已纺丝形成的纱线被卷绕之后的单独步骤中进行的，因此拉伸和松驰阶段与纺丝分开。然而，发现该产品在拉伸之前有太高的结晶性从而在没有发生纱线断裂的情况下允许有非常高的拉伸度。因此，该“两阶段”工艺不适合于高于约80cN/tex的非常高韧性纱线的高生产率制造。

由纺拉成形法生产的高度拉伸、高收缩率纱线能够引起后续加工问题，这归因于由拉伸步骤中在纱线中诱导的张力。即使没有减轻，张力会是足够的高，从而引起已卷绕了纱线卷装的硬纸管芯发生变形。另外，从高度拉伸导致的低伸长率能够导致不可接受次数的纱线断裂。这一问题在经济性高速度生产所需要的高丝条速度下变得更严重。

为了减轻卷装变形和丝条断裂的问题，已知的是在卷绕之前在拉伸之后引入一个松弛步骤以便降低纱线张力，通常趁加热。一种此类工艺已经公开在美国专利5,750,215(授权于Jaegge等人)，它的教导被引入这里供参考。美国专利5,750,215使用松弛步骤以便生产包括尼龙6，6纱线的纱线卷装，该纱线体现特征于约22％到约60％的伸长率，约3％到约10％的退浆收缩率(boil-off shrinkage)，约3-约7克/旦(32.7-76.5cN/tex)的韧性以及不足以破碎该纱线管芯(纱线卷装卷绕在它之上)的纱线管压缩力。

在由美国专利5,750,215描述的尼龙纱线制造方法中观察到的限制是操作限制条件，后者影响在拉伸区段和松弛区段之间张力所能够减少的程度。如果张力减少到太低的水平，则该纱线完全地变得不稳定，导致单丝化(或单根长丝的散开)或丝条断裂。这一张力衰减变得足够的大而诱导丝条不稳定性的点是根据公式1的大于约9％的松弛比率。

        松弛比率(％)＝((R_D-R_R)/R_D)x100，[1]

其中

R_D是最末阶段拉伸辊的圆周速度，和

R_R是松弛辊的圆周速度。