[发明专利]具有高强度、高起始模量和低缩率的聚酯拉伸丝

说明书

本发明涉及一种具有高强度、高起始模量和低缩率的聚酯拉伸丝。

自从成纤、可熔纺的合成聚合物问世以来，纤维制造者就在寻求提高用这些聚合物制成纤维的强度及稳定性的方法。这些纤维需要有更高的强度和稳定性，以便能为其制品开辟纺织品以外的用途。这种非纺织品用途（也称为“工业应用”）包括：轮胎帘线;缝纫用线;帆布;用于路基结构或其它土工布用途的织物如纤维网或垫;工业用带;复合材料;建筑用织物;软管的增强材料;层压织物;绳索;以及类似用途。

最初，上述这些工业用途中有一些是用粘胶人造丝。以后，选用耐纶代替了粘胶人造丝。在70年代，采用了常规的聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯，与耐纶竞争。约在1985年，采用了高性能的聚酯，即，强度和稳定性更高的聚酯。

下面对某些早先的技术专利作简要的概述表明，作为提高这些合成纤维的强度及稳定性的可能途径已经研究了三个通用领域。这些通用领域包括：针对拉伸的方法;针对聚合物的方法;和针对纺丝的方法。以后，“拉伸”一词指的是对初纺丝进行的加热和拉伸。“聚合物的处理”是指在纺丝之前对聚合物所进行的处理。“纺丝”一词是指由聚合物形成长丝的过程，但不包括拉伸。

针对拉伸的方法如下：

在美国专利3，090，997中公开了将聚酰胺多级拉伸，用于轮胎帘线。纤维（耐纶）按常规方式熔纺。然后，将纺出的纤维以三级工艺（拉伸、加热、然后再拉伸）拉伸，以得到具有以下性能的拉伸耐纶：强度范围从10.4至11.1克/旦（gpd）;伸长率从12.9%至17.1%;起始模量48至71克/旦/100%。

在美国专利3，303，169中公开了一种用于聚酰胺的单级拉伸工艺，它能形成高模量、高强度和低缩率的聚酰胺丝。将初纺的聚酰胺丝拉伸並且加热到至少115℃，使得到的丝具有：强度为5至8.7克/旦;伸长率16.2%至30.3%;起始模量为28至59克/旦/100%;缩率为3.5%至15%。

在美国专利3，966，867中，公开了一种用于相对粘度为1.5至1.7的聚对苯二甲酸乙二醇酯的二级拉伸工艺。在第一阶段，将纤维加热到70至100℃，以3.8至4.2的拉伸比拉伸。在第二阶段，纤维加热至210至250℃並且拉伸，第一阶段与第二阶段拉伸比合计为5.6至6.1。所得的拉伸丝具有以下性能：强度，7.5至9.5克/旦;伸长率在5克/旦负载下约为2%至5%;断裂伸长率为9%至15%;缩率1%至4%。

在美国专利4，003，974中，将具有24至28的高相对粘度（HRV）的聚对苯二甲酸乙二醇酯初纺丝加热至75到250℃，同时进行拉伸，然后通过一个加热的拉伸辊，最后将其松弛。拉伸丝具有以下性能：强度，7.5至9克/旦;缩率约4%;断裂伸长率12%至20%;在7%伸长率时负载能力为3至5克/旦。

通过对聚合物进行处理来增强丝性能的那些方法如下：

在美国专利4，690，866和4，867，963中，聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性粘度大于0.90。在美国专利4，690，868中，初纺（未拉伸的）纤维的性能如下：断裂伸长率，52%至193%;双折射，0.0626至0.136;结晶度，19.3%至36.8%。拉伸纤维的性能如下：强度，5.9至8.3克/旦;伸长率，10.1%至24.4%;干缩率（在210℃），0.5%至10.3%。在美国专利4，867，936中，拉伸纤维的性能如下：强度，约8.5克/旦;断裂伸长率，约9.9%;缩率（在177℃），约5.7%。

针对纺丝的方法如下：

在美国专利3，053，611中，聚对苯二甲酸乙二醇酯在离开喷丝板之后在2米长的纺丝甬道中加热到220℃。然后在第二甬道中将冷水喷在纤维上。以每分钟1600米的速度卷绕纤维，随后拉伸，得到的强度为3.5克/旦。

在美国专利3，291，880中，聚酰胺由喷丝板纺成丝，然后冷至约15℃，随后用直接蒸汽喷射纤维。初纺纤维的取向度和双折射低。

在美国专利3，361，859中，将合成的有机聚合物纺成纤维。当纤维由喷丝板出来时，将其“受控延缓冷却”。这一冷却处理在离喷丝板7英寸内进行。在顶端（即，靠近喷丝板的一端），温度为300℃，底端（离喷丝板约7英寸）处最低温度为132℃。初纺丝的双折射低（11至35×10^-3），拉伸丝的性能如下：强度，6.9至9.4克/旦;起始模量，107至140克/旦/100%;断裂伸长率，7.7%至9.9%。