專(zhuān)利名稱(chēng)：驟冷紗線的快速增塑作用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及間位芳族聚酰胺及其它高性能纖維的生產(chǎn)。
背景技術(shù)：
用于紡紗纖維的間位芳族聚酰胺聚合物可通過(guò)二胺諸如間苯二胺與二甲酰氯諸 如間苯二甲酰氯的溶液基反應(yīng)獲得。該反應(yīng)生成鹽酸副產(chǎn)物，所述酸性副產(chǎn)物可通過(guò)加入 堿性化合物以生成鹽來(lái)中和。纖維隨后由這種聚合物、鹽及溶劑的溶液紡成，并且這樣做使 得相當(dāng)大一部分的溶劑在纖維初始形成期間從纖維上除去。接著采用隨后的步驟以從纖維 上除去盡可能多的溶劑并拉伸纖維以得到改善的纖維物理特性。遺憾的是，從由聚合物、溶 劑和鹽的組合紡成的纖維上除去溶劑由于據(jù)信化學(xué)絡(luò)合物而復(fù)雜化，所述化學(xué)絡(luò)合物在纖 維中的鹽和溶劑之間形成。據(jù)信需要長(zhǎng)的加工時(shí)間以有足夠的時(shí)間用于溶劑從纖維的傳質(zhì) 并拉伸纖維。因此，用于纖維制造的方法已被物理分離或解耦成兩個(gè)分離的步驟，一個(gè)用于 紡絲纖維，在高速率或速度下操作；隨后為緩慢速率或速度的洗滌和拉伸過(guò)程。因此，需要 將可使兩個(gè)過(guò)程耦合在一起的紡絲后快速除去纖維上的溶劑的方法。發(fā)明_既述在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及其中聚合物、水和鹽的溶液被擠出到氣體介質(zhì)中 的連續(xù)干紡絲方法。氣體介質(zhì)除去該氣體介質(zhì)中纖維上至少25重量％的溶劑。纖維隨后在 具有第一濃度的溶劑和鹽的水溶液中驟冷，其中所述水溶液處于第一溫度下。接下來(lái)使纖 維接觸第二濃度的鹽和溶劑下的水性調(diào)理溶液，其中所述水性調(diào)理溶液處于第二溫度下。 在纖維被調(diào)理之后，隨后對(duì)纖維進(jìn)行拉伸。在一些實(shí)施方案中，在纖維被拉伸之后，纖維可用水進(jìn)行洗滌并干燥。在另外一些 實(shí)施方案中，還可通過(guò)加熱纖維超過(guò)所述纖維的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度對(duì)纖維進(jìn)行熱處理。附圖簡(jiǎn)述當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，可進(jìn)一步理解發(fā)明內(nèi)容以及以下發(fā)明詳述。為了舉例說(shuō)明本 發(fā)明，在附圖中示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施方案；然而，本發(fā)明并不限于所公開(kāi)的具體方 法、組合物及裝置。此外，附圖未必按比例繪制。在附圖中

圖1示出了擠出纖維的橫截面，其顯示出內(nèi)部和外皮；圖2示出了圖1中擠出纖維橫截面的熱線圖；圖3示出了可用于本發(fā)明實(shí)施中的工序及工藝的圖表；圖4為顯示紗線中長(zhǎng)絲橫截面的顯微照片的掃描圖像，所述圖像示出紅色染料在 纖維表面附近濃縮；圖5為示出圖4中紗線為具有晶體結(jié)構(gòu)的間位芳族聚酰胺的拉曼光譜，所述晶體 結(jié)構(gòu)為高溫下具有低收縮性的間位芳族聚酰胺纖維的屬性；圖6為示出與圖4中所示紗線相比利用改進(jìn)方法制備的紗線中長(zhǎng)絲橫截面的顯微 照片的掃描圖像；圖7為示出與圖4中所示紗線相比利用改進(jìn)方法制備的紗線中長(zhǎng)絲橫截面的顯微 照片的掃描圖像；
圖8為顯示圖7紗線中長(zhǎng)絲橫截面的顯微照片的掃描圖像，所述圖像示出紅色染 料濃縮在纖維表面附近；圖9為示出與圖4中所示紗線相比利用改進(jìn)方法制備的紗線中長(zhǎng)絲橫截面的顯微 照片的掃描圖像；圖10為示出與圖4中所示紗線相比利用改進(jìn)方法制備的紗線中長(zhǎng)絲橫截面的顯 微照片的掃描圖像；并且圖11為示出與圖4中所示紗線相比利用改進(jìn)方法制備的紗線中長(zhǎng)絲橫截面的顯 微照片的掃描圖像。例證性的實(shí)施方案的發(fā)明詳述通過(guò)參見(jiàn)與附圖及實(shí)施例相關(guān)的以下發(fā)明詳述可更易于理解本發(fā)明，所述附圖及 實(shí)施例形成本發(fā)明公開(kāi)的一部分。應(yīng)當(dāng)了解本發(fā)明并不限于本文所述、所示(或所述且所 示)的具體裝置、方法、應(yīng)用、條件或參數(shù)，并且本文所用術(shù)語(yǔ)僅僅為了以舉例的方式描述 特定實(shí)施方案而不旨在限制受權(quán)利要求書(shū)保護(hù)的本發(fā)明。此外，除非在上下文中以另外方 式清楚表明，如包括所附權(quán)利要求的說(shuō)明書(shū)中所用，單數(shù)形式“一個(gè)”或“這個(gè)”包括復(fù)數(shù)， 并且參考的特定數(shù)值包括至少該特定值，如本文所用，術(shù)語(yǔ)“多個(gè)”是指一個(gè)以上。當(dāng)表達(dá) 數(shù)值范圍時(shí)，另一個(gè)實(shí)施方案包括由一個(gè)特定值，或者至另一特定值，或者兩者均包括。類(lèi) 似地，當(dāng)數(shù)值被表示為近似值時(shí)，應(yīng)當(dāng)理解，通過(guò)利用先行詞“大約”，特定值形成另一個(gè)實(shí) 施方案。所有均包括或結(jié)合端值在內(nèi)。應(yīng)當(dāng)理解，為清楚起見(jiàn)本文描述在不同實(shí)施方案中的本發(fā)明的某些特征也可組合 在單個(gè)實(shí)施方案中被提供。相反，為簡(jiǎn)便起見(jiàn)描述在單個(gè)實(shí)施方案上下文中的本發(fā)明的多 個(gè)特征也可單獨(dú)或以任何子組合提供。此外，指定在范圍內(nèi)的參考值包括該范圍內(nèi)的每個(gè)值。術(shù)語(yǔ)“干紡絲”是指用于制備長(zhǎng)絲的方法，所述方法通過(guò)將溶液擠出到具有氣體氣 氛的加熱腔室中以除去大部分溶劑，留下具有足夠物理完整性的固體或半固體長(zhǎng)絲以至于 其可被進(jìn)一步加工。溶液包含溶劑中形成纖維的聚合物，所述溶液以連續(xù)流股擠出通過(guò)一 個(gè)或多個(gè)噴絲孔以形成長(zhǎng)絲。這不同于“濕紡絲”或“氣隙濕紡絲”(也已知為氣隙紡絲)， 其中聚合物溶液被擠出到液體沉淀或驟冷介質(zhì)中以再生聚合物長(zhǎng)絲。換句話講，在干紡絲 中，氣體為主要的初始溶劑提取介質(zhì)，而在濕紡絲中，液體為主要的初始溶劑提取介質(zhì)。在 干紡絲中，在去除聚合物上的大量溶劑并形成固體或半固體長(zhǎng)絲之后，長(zhǎng)絲可隨后用另外 的液體處理以冷卻并進(jìn)一步凝結(jié)長(zhǎng)絲，接下來(lái)洗滌長(zhǎng)絲以進(jìn)一步提取剩余的溶劑。術(shù)語(yǔ)“間位芳族聚酰胺纖維”包括間位取向的合成芳族聚酰胺聚合物。所述聚 合物可包括主要為芳族的聚酰胺均聚物、共聚物、或它們的混合物，其中至少85%的酰胺 (-C0NH-)連接基與兩個(gè)芳環(huán)直接相連。所述環(huán)可以是未取代的或取代的。當(dāng)兩個(gè)環(huán)或基團(tuán) 沿著分子鏈相對(duì)于彼此間位取向時(shí)，所述聚合物為間位芳族聚酰胺。共聚物優(yōu)選具有不超 過(guò)10%的其他二胺替代用于形成所述聚合物的原有二胺，或具有不超過(guò)10%的其他二甲 酰氯替代用于形成所述聚合物的原有二甲酰氯。添加劑可與芳族聚酰胺一起使用。并且已 發(fā)現(xiàn)，按重量計(jì)最多達(dá)13%的其他聚合材料可與芳族聚酰胺共混或鍵合。優(yōu)選的間位芳族聚酰胺是聚間苯二甲酰間苯二胺(MPD-I)及其共聚物。一種 此類(lèi)間位芳族聚酰胺纖維為Nomex 芳族聚酰胺纖維，得自E. I.du Pont de Nemoursand Company (Wilmington, DE)，然而間位芳族聚酰胺纖維還可以多種形式獲得，以商品名 Conex 得自 Teijin Ltd. (Tokyo, Japan)；以商品名Apye i 1 得自 Unitika，Ltd.，(Osaka, Japan)；以商品名 New S ta r 間位芳族聚酰胺得自 Yantai Spandex Co. Ltd (Shandong Province,China)；以及以商品名Chinfunex 芳族聚酰胺 1313 得自 Guangdong Charming Chemical Co. Ltd. (Xinhui，Guangdong，China)。間位芳族聚酰胺纖維本性是阻燃的， 并且可使用多種方法通過(guò)干紡或濕紡紡絲。然而美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)3，063，966,3, 227，793、 3，287，324,3, 414，645和5，667，743是用于制備可用芳族聚酰胺纖維的可用方法例證。術(shù)語(yǔ)“纖維”是指在垂直于其長(zhǎng)度的橫截面積上具有較高長(zhǎng)寬比的相對(duì)柔韌的物 質(zhì)單元。在本文中，術(shù)語(yǔ)“纖維”與術(shù)語(yǔ)“長(zhǎng)絲”或“末端”可互換使用。本文所述的長(zhǎng)絲橫 截面可為任何形狀，但是通常為圓形或萊豆形。紡絲到卷裝中線軸上的纖維稱(chēng)作連續(xù)纖維。 纖維可被切割成短長(zhǎng)度，稱(chēng)作短纖維。纖維可被切割成更小的長(zhǎng)度，稱(chēng)作絮狀物。紗線、復(fù) 絲或絲束包括多根纖維。紗線可被纏繞、加捻或兩者均包括。如本文所用，術(shù)語(yǔ)“晶體纖維”是指熱穩(wěn)定的纖維，換句話講，其在經(jīng)受至多接近聚 合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度時(shí)不會(huì)有一點(diǎn)收縮。該術(shù)語(yǔ)具有一般性；換句話講，本文所涉及 的“晶體”纖維并不總是全部晶體且“非晶形”纖維并不總是全部非晶形。更確切地說(shuō)，初 生纖維被認(rèn)為是非晶形纖維并且基于其已暴露的溫度和處理具有較小的結(jié)晶度；而晶體纖 維基于在聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度附近或之上被熱處理具有較大的結(jié)晶度。此外，為了更 完全，需要第二條途徑來(lái)結(jié)晶纖維；纖維可利用某些含有或不含染料的染料載體借助化學(xué) 方式“結(jié)晶”纖維。聚(間苯二甲酰間苯二胺)(MPD-I)及其它間位芳族聚酰胺可通過(guò)常規(guī)方法聚合。 由這些方法形成的聚合物溶液可富含鹽、不含鹽或者包含少量鹽。描述為含有少量鹽的聚 合物溶液為包含按重量計(jì)小于3%的鹽的那些溶液。紡絲溶液中的鹽含量一般來(lái)自于聚合 反應(yīng)中形成的副產(chǎn)物酸的中和作用；但是鹽也可被添加到另外不含鹽的聚合物溶液中以提 供本發(fā)明方法必需的鹽濃度?？捎糜诒景l(fā)明方法中的鹽包括含有陽(yáng)離子的氯化物或溴化物，所述陽(yáng)離子選自 鈣、鋰、鎂或鋁。優(yōu)選氯化鈣或氯化鋰鹽。所述鹽可作為氯化物或溴化物添加，或者由來(lái)自 芳族聚酰胺的聚合反應(yīng)的副產(chǎn)物酸的中和作用生成，所述中和作用通過(guò)將副產(chǎn)物酸添加到 鈣、鋰、鎂或鋁的聚合溶液氧化物或氫氧化物中。所需的鹽濃度也可通過(guò)將商化物添加到中 和溶液中來(lái)實(shí)現(xiàn)，以增加由中和作用所得的鹽含量至紡絲所需含量。有可能的是利用本發(fā) 明中鹽的混合物。溶劑選自也用作質(zhì)子受體的那些溶劑，例如二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺 (DMAc)、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)等。二甲基亞砜(DMSO)也可用作溶劑。本發(fā)明涉及用于纖維生產(chǎn)的方法，所述纖維由包含至少25摩爾％ (針對(duì)聚合物) 的具有下式的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的芳族聚酰胺制成[-CO-R1-CO-NH-R2-NH-](1)R1、R2或兩者在一個(gè)分子中可具有一個(gè)且相同的含義，但是它們也可在分子內(nèi)于給 出定義的范圍內(nèi)不同。如果R1、R2或兩者代表其價(jià)鍵相對(duì)于彼此處于間位或類(lèi)似角度位置的任何二價(jià)芳 基，則它們?yōu)閱苇h(huán)或多環(huán)芳烴基或者可為單環(huán)或多環(huán)的雜環(huán)芳基。在雜環(huán)芳基情況下，它們?cè)诜枷悱h(huán)中尤其具有一個(gè)或兩個(gè)氧原子、氮原子或硫原子。多環(huán)芳基可彼此縮合或者可借助C-C鍵或借助橋基彼此連接，所述橋基 如-0-、-CH2-、-S-、-CO-或 SO2-。其價(jià)鍵相對(duì)于彼此處于間位或類(lèi)似角度位置的多環(huán)芳基的實(shí)例為1，6_亞萘基、 2，7_亞萘基或3，4' -二聯(lián)苯基。這種類(lèi)型的單環(huán)芳基的優(yōu)選實(shí)例為1，3_亞苯基。具體地講，優(yōu)選的是制備可直接紡絲的聚合物溶液，所述聚合物溶液作為纖維成 形物質(zhì)包含具有至少25摩爾％ (針對(duì)聚合物)的以上定義的具有式I重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的聚 合物?？芍苯蛹徑z的聚合物溶液通過(guò)使具有式II的二胺與具有式III的二羧酸二氯化物 在溶劑中反應(yīng)來(lái)制備H2N-R2-NH2(II)CIOC-R1-COCI(III)優(yōu)選的間位芳族聚酰胺聚合物為聚間苯二甲酰間苯二胺或包含至少25摩爾％ (針對(duì)聚合物)聚間苯二甲酰間苯二胺的共聚物。盡管鹽和溶劑的眾多組合可成功地用于本發(fā)明方法的聚合物紡絲溶液中，但是最 優(yōu)選氯化鈣與二甲基乙酰胺的組合。在當(dāng)前領(lǐng)域方法中，借助高速干紡絲方法將包含鹽的間位芳族聚酰胺聚合物溶液 高溫?cái)D出成纖維。擠出纖維通過(guò)具有氣體介質(zhì)的圓柱向下傳遞以蒸發(fā)溶劑的一部分，所述 氣體介質(zhì)也處于高溫下。不受操作理論的任何限制的約束，據(jù)信盡管有可能在干紡絲中提 取全部溶劑，但是一般對(duì)于間位芳族聚酰胺由于在溶劑和鹽之間形成的化學(xué)絡(luò)合物而不太 可能，這就需要隨后的工序來(lái)移除該溶劑。纖維由圓柱底部離開(kāi)并隨后在含有某種溶劑和鹽含量的水溶液中驟冷。驟冷溶液 降低長(zhǎng)絲溫度并且還在長(zhǎng)絲表面上形成富含聚合物的相。在令人滿意且充分的驟冷之后，纖維將具有薄的、半柔性的、可滲透的、富含聚合 物的外皮以及液體或凝膠內(nèi)部，所述內(nèi)部含有較少的聚合物而富含較多的溶劑，如圖1所 示出的。例如可由間位芳族聚酰胺聚合物溶液擠出的纖維100可形成可滲透的外皮102 (未 按比例繪制)和內(nèi)部104。盡管由于外皮直接接觸熱氣體介質(zhì)并驟冷，外皮102可具有比內(nèi) 部104較少的溶劑，但是外皮102與內(nèi)部104兩者具有相對(duì)相同的化學(xué)組分。纖維100形 成外皮102和內(nèi)部104部分是由于纖維通過(guò)紡絲和溶劑萃取的各種加工條件的快速運(yùn)動(dòng)； 纖維沒(méi)有時(shí)間達(dá)到平衡狀態(tài)。此時(shí)，如果纖維立即經(jīng)受高速拉伸過(guò)程，則單根長(zhǎng)絲極易斷裂，所述高速拉伸過(guò)程 可拉伸纖維長(zhǎng)度為其單元長(zhǎng)度的許多倍至所需直徑。為了防止該現(xiàn)象，在當(dāng)前實(shí)踐中，將仍 由驟冷過(guò)程潤(rùn)濕的纖維置于盆中一段時(shí)間，所述時(shí)間段可為幾小時(shí)至幾天。隨后將纖維從 盆中取出并同時(shí)水洗以除去溶劑并在處于許多水浴中的系列輥上拉伸至所需程度。為了制備用于有效拉伸的纖維而需要將潤(rùn)濕擠出纖維放置一段時(shí)間會(huì)將高速干 紡絲方法由連續(xù)方法轉(zhuǎn)化成間歇方法。因此，用于間位芳族聚酰胺纖維的高速干紡絲方法 的預(yù)期有益效果(例如，較高的生產(chǎn)能力及減少的環(huán)境影響)在當(dāng)前領(lǐng)域中不能令人滿意 地獲得。本發(fā)明方法可用作高速、干紡絲、連續(xù)方法以由間位芳族聚酰胺聚合物溶液制備 纖維。在一個(gè)實(shí)施方案中，聚合物溶液包括16至20重量％的間位芳族聚酰胺聚合物；然而，精確的可用聚合物濃度通過(guò)具有用于紡紗纖維的合適的溶液粘度來(lái)確定。當(dāng)聚合物為 聚(間苯二胺)時(shí)，溶液具有約20重量％的上限，鹽與聚合物的組合產(chǎn)生具有難以紡絲成 纖維的高粘度的溶液。據(jù)信小于約16重量％的聚合物濃度不能提供制備有用纖維的足夠 溶液粘度。在一些實(shí)施方案中，聚合物溶液包含3至10重量％的鹽；低于3重量％難以得 到穩(wěn)定的聚合物溶液而超過(guò)10重量％時(shí)溶液粘度變得難以紡絲成纖維。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí) 施方案中，聚合物溶液包括大約19重量％的間位芳族聚酰胺固體、大約70重量％的二甲基 乙酰胺溶劑和8重量％的氯化鈣鹽。連續(xù)方法的一個(gè)實(shí)例示于圖3的示意圖中。聚合物紡絲溶液通過(guò)給料泵302由聚 合器300泵送通過(guò)過(guò)濾器304并進(jìn)入和通過(guò)噴絲頭304以制備纖維。一般處于超過(guò)100°C 的溫度下且在一些優(yōu)選的實(shí)施方案中處于110°C至140°C的溫度范圍下的聚合物溶液通常 通過(guò)多孔噴絲頭304紡絲到腔室306的頂部，形成被凝結(jié)成單根長(zhǎng)絲的聚合物溶液流股，收 集單根長(zhǎng)絲形成一束長(zhǎng)絲。腔室306通常為具有連續(xù)泵送通過(guò)的熱氣體介質(zhì)的中空?qǐng)A柱。 熱氣體介質(zhì)蒸發(fā)溶劑的一部分脫離纖維，一般至少25重量％，并且優(yōu)選至少50重量％的纖 維初始溶劑含量離開(kāi)噴絲頭。盡管可存在若干類(lèi)所用氣體，但是用氣體輸入流308和310表示的氮?dú)馔ǔ樽?普遍的。氣體輸入流308和310通常超過(guò)約250°C，并且在一些優(yōu)選的實(shí)施方案中，腔室中 的氣體為大約300°C或更大。離開(kāi)腔室306之后，纖維或絲束隨后立即進(jìn)入驟冷步驟，其中 纖維或絲束接觸具有溶劑和鹽濃度的驟冷溶液312。在一些優(yōu)選的實(shí)施方案中，溶液具有 0. 5%至10%的鹽濃度和按重量計(jì)2%至20%的溶劑。一般來(lái)講，驟冷溶液的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 由圓柱306離開(kāi)的纖維溫度。在一些優(yōu)選的實(shí)施方案中，驟冷溶液的溫度為1至15°C。在 一些優(yōu)選的實(shí)施方案中，驟冷步驟中的長(zhǎng)絲速度為至少150碼/分鐘。纖維或絲束隨后立即進(jìn)入調(diào)理步驟，其中纖維在隨后的拉伸步驟316之前被調(diào)理 以防止單根長(zhǎng)絲在該連續(xù)方法中破損。不受任何操作理論或原理的約束，據(jù)信附加的調(diào)理 步驟塑化絲束，使得長(zhǎng)絲被牽拉并拉伸而無(wú)單根長(zhǎng)絲的顯著破損。因此，在這種具有創(chuàng)造性 的方法中，纖維隨后經(jīng)受調(diào)理溶液，最常見(jiàn)的是通過(guò)將溶液噴灑到連續(xù)移動(dòng)的纖維上。調(diào)理溶液優(yōu)選包含高溫下的溶劑和鹽濃度。具體地講，調(diào)理溶液具有比驟冷溶液 更高的溶劑濃度并且具有比驟冷溶液溫度更高的溫度。一種優(yōu)選的調(diào)理溶液包含溶劑和 鹽，所述溶劑以按水性調(diào)理溶液的總重量計(jì)5%至40%溶劑的重量百分比存在于水性調(diào)理 溶液中，所述鹽以按水性調(diào)理溶液的總重量計(jì)至10%鹽的重量百分比存在于水性調(diào)理 溶液中。在一些優(yōu)選的實(shí)施方案中，調(diào)理溶液具有30至100°C的溫度。不受任何具體操作理論的約束，據(jù)信調(diào)理溶液塑化制備用于即將進(jìn)行的拉伸步驟 的纖維。調(diào)理溶液用于穩(wěn)定或平衡絲束中的溶劑濃度，該溶劑濃度由于溶劑移除和驟冷階 段中的非均勻性而可沿著長(zhǎng)絲變化。還據(jù)信調(diào)理溶液可塑化單根長(zhǎng)絲的外皮，以及增加單 根長(zhǎng)絲中的溶劑含量，這有助于平衡沿著單根長(zhǎng)絲直徑的長(zhǎng)絲物理特性。為了防止溶劑溶 解纖維并將纖維變回到液體聚合物溶液中，調(diào)理溶液中的溶劑濃度應(yīng)保持在一定水平下使 得纖維為塑化狀態(tài)但是不會(huì)變成液體狀態(tài)。溶劑和鹽在水溶液中的以上濃度已示出可保持 纖維為足以用于拉伸的塑化狀態(tài)。調(diào)理溶液的組成和溫度使得其快速塑化絲束中的長(zhǎng)絲， 僅僅需要幾秒鐘的接觸時(shí)間。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，纖維接觸水性調(diào)理溶液的時(shí)間對(duì) 于整個(gè)纖維制造過(guò)程總計(jì)小于2分鐘。據(jù)信調(diào)理溶液如此有效，其需要在整個(gè)過(guò)程中僅僅高速接觸絲束少至總計(jì)五秒鐘的時(shí)間。盡管存在若干種向纖維施加調(diào)理溶液的方式，但優(yōu)選方法為將調(diào)理溶液噴灑到纖 維上以保持方法的連續(xù)性并避免塑性長(zhǎng)絲上的不當(dāng)應(yīng)力。在一種優(yōu)選方法中，該調(diào)理步驟 通過(guò)在絲束圍繞以基本相同的旋轉(zhuǎn)速度操作的一對(duì)或多對(duì)輥螺旋卷繞多次時(shí)用調(diào)理溶液 噴灑絲束來(lái)實(shí)現(xiàn)，盡管用液體接觸絲束的其它方法也是可能的。在一些實(shí)施方案中，調(diào)理溶 液在調(diào)理步驟期間接觸絲束約5至30秒鐘。在一些優(yōu)選實(shí)施方案中，調(diào)理溶液在調(diào)理步驟 期間接觸絲束約10至25秒鐘。在纖維被調(diào)理溶液314調(diào)理之后，纖維隨后立即進(jìn)入拉伸步驟，其中纖維在拉伸 步驟316中再次以連續(xù)方法被拉伸以改善纖維的機(jī)械特性。拉伸可以多種方式實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)實(shí)施方案中，絲束螺旋卷繞以逐漸升高的旋轉(zhuǎn)速 度操作的多組輥。所謂的“螺旋卷繞”是指絲束用單次卷繞來(lái)包裹每個(gè)輥，接觸輥(或者在 輥表面上具有的包角)一般超過(guò)180度。在所有拉伸方法中輥存在若干種變型，實(shí)際包角、 輥數(shù)以及它們的相對(duì)速度高度取決于所需的拉伸量及纖維束與輥表面之間的相對(duì)摩擦特 性。在一些優(yōu)選實(shí)施方案中，期望使這些輥以三個(gè)一組操作；換句話講，絲束螺旋卷繞在均 以相同速度操作的三個(gè)輥周?chē)S后絲束螺旋卷繞在均以相同的第二速度操作的第二組三 個(gè)輥周?chē)?，該第二速度高于第一組三個(gè)輥的速度。就本文關(guān)于螺旋拉伸方法的目的而言，以一種速度操作的第一組輥與以較高第二 速度操作的第二組輥的組合被認(rèn)為是一個(gè)拉伸階段。在該具體方法的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案 中，利用僅僅兩組輥且控制兩組輥之間的速度使得兩組輥之間絲束上的張力保持為2克/ 旦尼爾或更小的張力，下限為約0. 25克/旦尼爾。然而，如果需要，附加的輥組可按需添加 以另外拉伸纖維，但是對(duì)于每個(gè)附加拉伸階段，長(zhǎng)絲破損的可能性增加。還優(yōu)選在拉伸步驟 期間保持絲束潤(rùn)濕，所述潤(rùn)濕通過(guò)一般在整個(gè)拉伸階段用與調(diào)理步驟中所用相同的水溶液 噴灑絲束進(jìn)行。在一些優(yōu)選實(shí)施方案中，調(diào)理溶液在拉伸步驟期間接觸絲束的時(shí)間少于調(diào) 理步驟期間。在一些實(shí)施方案中，調(diào)理溶液在拉伸步驟期間接觸絲束1至20秒鐘。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，利用單一拉伸步驟實(shí)現(xiàn)拉伸，所述單一拉伸步驟使用 兩對(duì)被絲束螺旋卷繞的輥。在該實(shí)施方案中，絲束圍繞一對(duì)均以相同速度操作的空間上隔 開(kāi)的輥螺旋卷繞多次。絲束隨后進(jìn)入第二對(duì)空間上隔開(kāi)的輥；其接下來(lái)螺旋卷繞該第二對(duì) 空間上隔開(kāi)的輥多次。第二對(duì)中的兩個(gè)輥以相同的速度操作，并且該速度高于第一組輥的 速度。絲束上的拉伸隨后在兩對(duì)輥之間發(fā)生。與螺旋拉伸方法中一樣，絲束與輥表面之間 的接觸提供摩擦以分離絲束并在兩對(duì)輥之間拉伸絲束。優(yōu)選地，調(diào)節(jié)兩對(duì)輥的速度以保持 介于兩對(duì)輥之間的絲束上的張力為2克/旦尼爾或更小，下限為約0. 25克/旦尼爾。還優(yōu) 選在拉伸步驟期間保持絲束潤(rùn)濕，所述潤(rùn)濕通過(guò)在每個(gè)拉伸階段用與調(diào)理步驟中所用相同 的水溶液噴灑絲束進(jìn)行，其中噴灑優(yōu)選在組成每對(duì)的兩個(gè)輥之間發(fā)生。在另一個(gè)實(shí)施方案中，拉伸利用多個(gè)拉伸階段實(shí)現(xiàn)，其中每個(gè)拉伸階段之間的停 留時(shí)間為至少一秒鐘。在該實(shí)施方案的一種優(yōu)選操作中，第一拉伸階段利用兩對(duì)螺旋卷繞 的輥操作，每對(duì)輥在不同的速度下操作，如剛剛描述過(guò)的，其中第二對(duì)具有比第一對(duì)更高的 旋轉(zhuǎn)速度。絲束離開(kāi)該第二對(duì)輥并進(jìn)入第三對(duì)螺旋卷繞的輥。第二對(duì)輥與第三對(duì)輥形成第 二拉伸階段。絲束隨后離開(kāi)第三對(duì)輥并進(jìn)入第四對(duì)螺旋卷繞的輥。第三與第四對(duì)輥形成第 三拉伸階段。在該排列中，第四對(duì)輥在比第二對(duì)輥的旋轉(zhuǎn)速度更高的速度下操作。拉伸階段之間一秒鐘的停留時(shí)間通過(guò)使第一拉伸階段中第二對(duì)輥的速度與第二拉伸階段中第三 對(duì)輥的速度匹配來(lái)實(shí)現(xiàn)，使得在兩個(gè)拉伸階段之間的絲束上不存在顯著拉伸，但是在第二 與第三階段(第三對(duì)與第四對(duì)螺旋卷繞的輥)之間存在拉伸。第一與第三拉伸階段之間的 停留時(shí)間隨后可基于在第三對(duì)輥上的卷繞數(shù)目改變。拉伸發(fā)生在兩對(duì)輥之間，并且在第一階段與第三階段兩者中兩對(duì)輥之間的張力優(yōu) 選保持為2克/旦尼爾或更小，下限為約0. 25克/旦尼爾。在一個(gè)實(shí)施方案中，第一階段 比第三階段具有更多拉伸。同前面一樣，還優(yōu)選在整個(gè)拉伸步驟期間保持絲束潤(rùn)濕，所述潤(rùn) 濕通過(guò)在每個(gè)拉伸階段用與調(diào)理步驟中所用相同的水溶液噴灑絲束進(jìn)行，其中噴灑優(yōu)選在 組成每對(duì)的兩個(gè)輥之間發(fā)生。在一種優(yōu)選的方法中，僅僅利用兩個(gè)拉伸階段；然而，如果需 要，附加的拉伸階段可按需添加以另外拉伸纖維，其中以相同方式操作這些附加拉伸階段； 但是對(duì)于每個(gè)附加拉伸階段，絲束破損的可能性增加。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，長(zhǎng)絲在拉伸步驟被拉伸為其線性長(zhǎng)度的至少三倍。連 續(xù)方法在拉伸步驟之后具有至少450碼/分鐘的速度。拉伸后，絲束隨后立即進(jìn)入洗滌步驟318以除去絲束上的溶劑和鹽。通常該步驟 中的洗滌液體為水，盡管如果需要也可使用其他液體。在一種優(yōu)選方法中，該洗滌通過(guò)在絲 束圍繞以基本相同的旋轉(zhuǎn)速度操作的一對(duì)或多對(duì)輥螺旋卷繞多次時(shí)用水噴灑絲束來(lái)實(shí)現(xiàn)， 盡管用液體接觸絲束的其它方法也是可能的。洗滌后，纖維隨后立即進(jìn)入干燥步驟320，并且任選地如果需要在干燥之后，立即 進(jìn)入熱處理步驟322。在一個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)使纖維在一個(gè)或多個(gè)于150至250°C的溫度 下操作的烘干機(jī)轉(zhuǎn)筒、加熱輥或兩者之上通過(guò)來(lái)實(shí)現(xiàn)干燥以驅(qū)除長(zhǎng)絲上的水分，同時(shí)纖維 的熱處理通過(guò)隨后使干燥纖維在一個(gè)或多個(gè)輥上通過(guò)而發(fā)生，所述一個(gè)或多個(gè)輥通常在接 近或超過(guò)聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(對(duì)于間位芳族聚酰胺一般為約260至390°C )的范圍 內(nèi)。較高的熱處理溫度增加纖維內(nèi)分子水平上的結(jié)構(gòu)度。所述溫度下的時(shí)間也會(huì)影響該分 子結(jié)構(gòu)形成。盡管描述為兩個(gè)單獨(dú)步驟，但是也可設(shè)想所述步驟可通過(guò)用越來(lái)越多的熱量逐漸 接觸長(zhǎng)絲以首先干燥并隨后熱處理纖維而組合在一起。此外，如果需要，纖維可在干燥或熱 處理期間被拉伸，但是在本發(fā)明方法的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，很少或沒(méi)有拉伸在干燥或 熱處理步驟中被有意地賦予絲束。然而，在某些其它實(shí)施方案中，這些方法中絲束上的張力 可超過(guò)0. 25克/旦尼爾且至多約1克/旦尼爾。在某些其它實(shí)施方案中，絲束上的張力可 至多2克/旦尼爾，其被認(rèn)為是用于制備有用長(zhǎng)絲的實(shí)際上限。熱處理優(yōu)選用于某些間位芳族聚酰胺纖維，這是由于當(dāng)利用干紡絲由間位芳族聚 酰胺聚合物溶液制備纖維時(shí)，所得初生纖維通常具有較低結(jié)晶度，意味著所述纖維具有較 高的熱收縮度。盡管該方法可降低熱收縮度，但是纖維變得不太接受染料；或者換句話講， 在與未結(jié)晶的初生纖維進(jìn)行比較時(shí)，所述纖維不能夠吸取著色染料。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了其中富含鹽的間位芳族聚酰胺聚合物溶液可 被干紡、調(diào)理、拉伸、洗滌、干燥及熱處理的方法，所有步驟均在連續(xù)的不間斷方法中，以得 到既具有有用的機(jī)械特性又更易于用染料著色至暗色相的纖維。此類(lèi)間位芳族聚酰胺纖維 具有在285°C下1/2小時(shí)后0. 4%或更小的熱收縮性以及小于50的“L”值。優(yōu)選的結(jié)晶間 位芳族聚酰胺纖維聚合物為聚間苯二甲酰間苯二胺。
纖維和織物的顏色可利用分光光度計(jì)(也稱(chēng)作色度計(jì))測(cè)量，所述分光光度計(jì)提 供代表所測(cè)項(xiàng)目的各種顏色特性的三種刻度值“L”、“a”和“b”。在比色刻度尺上，較低的 “L”值一般指示較暗的顏色，其中白色具有約100的值而黑色具有約0的值。初生(非晶 形)和熱處理(結(jié)晶)的間位芳族聚酰胺纖維具有的白色在利用色度計(jì)測(cè)量時(shí)具有一般 超過(guò)約85的“L”值。通過(guò)運(yùn)行本文所述的連續(xù)干紡絲工藝(包括低溫下纖維的輕微熱處 理)，可生產(chǎn)結(jié)晶的間位芳族聚酰胺纖維，所述纖維在染色時(shí)具有比著色之前的纖維低至少 40單位的“L”值。這意味著纖維在著色后的“L”值為約45或更小。用于測(cè)量該“L”值差值的優(yōu)選染料為紅色染料，具體地講為得自BASFWyandotte Corp. ,Charlotte,N. C.的陽(yáng)離子紅2GL染料。在一個(gè)實(shí)施方案中，用于為纖維著色的溶液 以下列方式制備。將2克陽(yáng)離子紅2GL染料與2mL 99. 7%的乙酸混合。隨后邊攪拌邊將 200mL的熱水(150+/-10。F)添加到乙酸中以形成染料濃縮液。隨后將50mL的該染料濃 縮液與16mL的C-45 (芳基醚)染料載體(得自Stockhausen, Greensboro, N. C.)在燒杯中 混合在一起。隨后另外添加熱水(150+/-10° F)以得到450mL的溶液體積。接著通過(guò)添 加10%的焦磷酸四鈉(也稱(chēng)作焦磷酸鈉)將溶液的pH調(diào)節(jié)成2. 8至3. 2。然后將該染料 溶液傾倒入Ahiba Multiprecise TC染料器的染料腔中。接著利用另外的50mL熱水沖洗 燒杯并添加到染料腔中。仍可接受顯著著色的該熱穩(wěn)定纖維可利用本發(fā)明的干紡絲方法制備。在該實(shí)施方 案中，如下制備熱處理過(guò)但可著色的纖維在至多并包括250°C (優(yōu)選介于150和250°C之 間)的溫度下干燥纖維，接著在至多并包括300°C (優(yōu)選約260至300°C)的較高溫度下熱 處理纖維0. 5至5秒鐘。在一種優(yōu)選方法中，纖維在輥上被拉伸，所述輥具有該范圍內(nèi)的表 面溫度并且其中輥速被控制使得輥之間的速度比為1. 1至1. 5。在一個(gè)實(shí)施方案中，所得纖 維接受染料至比現(xiàn)有技術(shù)更大的程度，熱穩(wěn)定的間位芳族聚酰胺纖維由染色水溶液中汲取 超量50 %的染料。在一個(gè)實(shí)施方案中，染料在纖維表面附近濃縮。盡管該方法用于間位芳族聚酰胺纖維的干紡絲，但據(jù)信其他纖維也可利用任何數(shù) 目的溶劑以類(lèi)似方式由其他聚合物干紡絲；換句話講，通過(guò)由聚合物溶液紡絲到熱氣氛中 以除去長(zhǎng)絲上的大部分溶劑，立即用包含驟冷溶液的溶劑驟冷那些長(zhǎng)絲，接著立即通過(guò)用 比驟冷溶液具有較高溶劑濃度的調(diào)理溶液接觸長(zhǎng)絲對(duì)長(zhǎng)絲進(jìn)行調(diào)理，接下來(lái)立即依次拉 伸、洗滌、干燥及任選地?zé)崽幚黹L(zhǎng)絲。測(cè)試方法顏色測(cè)量。用于測(cè)量顏色的體系為1976CIELAB比色刻度尺(由國(guó)際照明委員會(huì) 研發(fā)的L-a-b體系)。在CIE “L-a-b”體系中，顏色被看作三維空間內(nèi)的點(diǎn)?！癓”值為明度 坐標(biāo)，其中高的值為最亮的，“a”值為紅/綠坐標(biāo)，其中“+a”指示紅色調(diào)而“_a”指示綠色 調(diào)，并且“b”值為黃/藍(lán)坐標(biāo)，其中“+b”指示黃色調(diào)而“-b”指示藍(lán)色調(diào)。利用10度觀察 儀和D65照明體的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的分光光度計(jì)用來(lái)測(cè)量實(shí)施例中的纖維顏色。纖維收縮性。為了測(cè)試?yán)w維在高溫下的收縮性，將要測(cè)試復(fù)絲紗線樣本的兩端用 活節(jié)系在一起，使得套環(huán)的總內(nèi)部長(zhǎng)度大約1米長(zhǎng)。隨后拉伸套環(huán)直至拉緊且測(cè)量到套環(huán) 的雙倍長(zhǎng)度，精確度為0.1cm。隨后將紗線套環(huán)懸掛在285°C下的烘箱中30分鐘。接著使 紗線套環(huán)冷卻，其被再次拉伸并再次測(cè)量雙倍長(zhǎng)度。然后由套環(huán)線性長(zhǎng)度的改變計(jì)算收縮 百分比。
以下實(shí)施例被提供以示出可用于利用本發(fā)明方法制備纖維的各種工序。實(shí)施例1該實(shí)施例示出了復(fù)絲間位芳族聚酰胺連續(xù)纖維的高速連續(xù)生產(chǎn)，所述生產(chǎn)利用單 步拉伸階段將富含聚間苯二甲酰間苯二胺(MPD-I)聚合物的溶劑干紡絲成復(fù)絲纖維紗線。將由19重量％的聚間苯二甲酰間苯二胺固體、70重量％的二甲基乙酰胺溶劑和8 重量％的氯化鈣鹽組成的聚間苯二甲酰間苯二胺聚合物溶液以基于干燥基每小時(shí)17磅聚 間苯二甲酰間苯二胺的速度擠出通過(guò)600個(gè)直徑為0. 01英寸的小孔口形毛細(xì)管并進(jìn)入紡 絲倉(cāng)，所述紡絲倉(cāng)為具有300°C下的流動(dòng)熱惰性氮?dú)獾拈L(zhǎng)加熱管。這種將聚合物擠出到加熱 管內(nèi)的干燥氣體中可借助由擠出聚合物流股閃蒸溶劑而除去聚合物溶液中大約50%的溶 劑。在紡絲倉(cāng)末端，利用水基液體以280碼/分鐘驟冷包含聚間苯二甲酰間苯二胺聚 合物、鹽以及溶劑的紡絲纖維長(zhǎng)絲以在纖維表面上形成表皮。驟冷液的溫度為10°c，并且其 包含10重量％的溶劑和1重量％的鹽。驟冷后，具有表面液體的由聚間苯二甲酰間苯二胺 聚合物、溶劑、鹽和水組成的纖維接下來(lái)通過(guò)在10°c下提供的驟冷液的兩步附加且連續(xù)的 施用進(jìn)行處理。驟冷后，驟冷過(guò)的復(fù)絲纖維立即進(jìn)入調(diào)理步驟，其中纖維組合物在制備用于拉伸 中被調(diào)理，所述調(diào)理通過(guò)在纖維于輥之上經(jīng)過(guò)時(shí)將65°C的液體(25重量％的溶劑、5重量％ 的鹽、余量水)噴灑到纖維表面上而進(jìn)行。調(diào)理十二秒鐘之后，含有表面液體的纖維立即進(jìn)入以較快速度旋轉(zhuǎn)的輥的拉伸步 驟，當(dāng)潤(rùn)濕纖維轉(zhuǎn)移到以調(diào)理步驟中輥速的3. 85倍的速度旋轉(zhuǎn)的輥上時(shí)對(duì)其進(jìn)行拉伸。隨 著潤(rùn)濕纖維以較高速度趨近拉伸輥，在纖維于拉伸輥之上經(jīng)過(guò)時(shí)將65°C的液體(25重量％ 的溶劑、5重量％的鹽、余量水)噴灑到纖維表面上。當(dāng)潤(rùn)濕纖維以較高速度(大于1，000 碼/分鐘)在輥之上經(jīng)過(guò)時(shí)，設(shè)置拉伸輥的速度以拉伸潤(rùn)濕纖維另外3. 85X倍，以便獲得最 終1，200旦尼爾的紗線。采用三個(gè)順序排列的拉伸輥的拉伸階段，然而僅僅一個(gè)階段賦予 潤(rùn)濕纖維拉伸。第一階段賦予3. 85X倍的總拉伸，而第二和第三階段以與第一階段相同的 速度操作時(shí)未賦予附加拉伸。離開(kāi)拉伸步驟的紗線速度超過(guò)1，000碼/分鐘。拉伸后，由聚間苯二甲酰間苯二胺聚合物、溶劑、鹽和水組成的潤(rùn)濕纖維立即進(jìn)入 洗滌過(guò)程，其中在纖維于輥之上經(jīng)過(guò)時(shí)將90°C的水噴灑到拉伸纖維表面上以將殘余溶劑和 鹽從長(zhǎng)絲上洗滌并除去。洗滌四秒鐘之后，洗滌過(guò)的潤(rùn)濕纖維離開(kāi)洗滌過(guò)程并立即進(jìn)入干 燥步驟。在干燥步驟之前，利用銷(xiāo)軸導(dǎo)向的接觸表面除去洗滌纖維上的過(guò)量洗滌水。在干燥步驟中，潤(rùn)濕纖維與250°C下的輥表面接觸以除去剩余的表面液體(水分) 并干燥纖維。以超過(guò)1，OOOypm干燥纖維三秒鐘以干燥纖維。干燥纖維接著立即進(jìn)入熱處 理步驟。隨后使干燥纖維在兩個(gè)375°C (超過(guò)聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度)下的熱輥上經(jīng)過(guò) 進(jìn)行纖維的熱處理。這種在375°C下持續(xù)三秒鐘的纖維熱處理增強(qiáng)長(zhǎng)絲中的分子結(jié)構(gòu)，從而 增加纖維強(qiáng)度。熱處理步驟之后，隨后通過(guò)使熱纖維在室溫輥之上經(jīng)過(guò)冷卻復(fù)絲纖維，施用1重 量％的減摩織物整理劑，并將紗線卷繞到管子上。隨后測(cè)試由卷繞紗線的線軸上取下的紗線樣本的物理特性，結(jié)果為長(zhǎng)絲600旦尼爾1，148
韌度4. 87克/旦尼爾，斷裂強(qiáng)度12. 3磅力斷裂伸長(zhǎng)率28· 5在285°C下于空氣中1/2小時(shí)后的收縮率1. 8%實(shí)施例2該實(shí)施例示出了復(fù)絲間位芳族聚酰胺連續(xù)纖維的高速連續(xù)生產(chǎn)，所述生產(chǎn)利用多 步拉伸階段將富含間苯二胺(MPD)聚合物的溶劑干紡絲成復(fù)絲纖維紗線。重復(fù)實(shí)施例1中 的方法，不同的是，以基于干燥基每小時(shí)19磅聚間苯二甲酰間苯二胺的速度擠出通過(guò)并以 290碼/分鐘驟冷長(zhǎng)絲。當(dāng)潤(rùn)濕纖維以較高速度在輥之上經(jīng)過(guò)時(shí)，設(shè)置拉伸輥的速度以拉伸潤(rùn)濕纖維另外 3. 7X倍，以便獲得最終1，500旦尼爾的紗線。采用三個(gè)順序排列的拉伸輥的拉伸階段以在 三個(gè)連續(xù)的步驟中拉伸潤(rùn)濕纖維。第一階段賦予2. 6倍的拉伸，第二階段提供1. 3倍的拉 伸，并且第三階段提供1. 1倍的拉伸。離開(kāi)拉伸步驟的紗線速度超過(guò)1，000碼/分鐘。拉伸后，由聚間苯二甲酰間苯二胺聚合物、溶劑、鹽和水組成的潤(rùn)濕纖維立即進(jìn)入 洗滌過(guò)程，其中在纖維于輥之上經(jīng)過(guò)時(shí)將90°C的水噴灑到拉伸纖維表面上以將殘余溶劑和 鹽從長(zhǎng)絲上洗滌并除去。洗滌四秒鐘之后，洗滌過(guò)的潤(rùn)濕纖維離開(kāi)洗滌過(guò)程并立即進(jìn)入干 燥步驟。在干燥步驟之前，利用銷(xiāo)軸導(dǎo)向的接觸表面除去洗滌纖維上的過(guò)量洗滌水。在干燥步驟中，潤(rùn)濕纖維與225°C下的輥表面接觸以除去剩余的表面液體(水分) 并干燥纖維。以超過(guò)1，OOOypm干燥纖維三秒鐘以干燥纖維。干燥纖維接著立即進(jìn)入熱處 理步驟。隨后使干燥纖維在兩個(gè)360°C (超過(guò)聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度)下的熱輥上經(jīng)過(guò) 進(jìn)行纖維的熱處理。這種在360°C下持續(xù)一秒鐘的纖維熱處理增強(qiáng)長(zhǎng)絲中的分子結(jié)構(gòu)，從而 增加纖維強(qiáng)度。熱處理步驟之后，隨后通過(guò)使熱纖維在室溫輥之上經(jīng)過(guò)冷卻復(fù)絲纖維，施用1重 量％的減摩整理劑，并將紗線卷繞到管子上。隨后測(cè)試由卷繞紗線的線軸上取下的紗線樣本的物理特性，結(jié)果為長(zhǎng)絲600旦尼爾1，524韌度4. 37克/旦尼爾，斷裂強(qiáng)度15. 2磅力斷裂伸長(zhǎng)率27. 9實(shí)施例3該實(shí)施例示出了復(fù)絲間位芳族聚酰胺連續(xù)纖維的高速連續(xù)生產(chǎn)，所述生產(chǎn)將富含 間苯二甲酰間苯二胺(MPD-I)聚合物的溶劑干紡絲成復(fù)絲纖維紗線，所述復(fù)絲纖維紗線具 有優(yōu)良著色和低收縮的特征。重復(fù)實(shí)施例1的方法，不同之處如下。驟冷后，驟冷過(guò)的復(fù)絲纖維立即進(jìn)入調(diào)理步驟，其中纖維組合物在制備用于拉伸 中被調(diào)理，所述調(diào)理通過(guò)在纖維于輥之上經(jīng)過(guò)時(shí)將90°C的液體(25重量％的溶劑、5重量％ 的鹽、余量水)噴灑到纖維表面上而進(jìn)行。調(diào)理十二秒鐘之后，含有表面液體的纖維立即進(jìn)入以較快速度旋轉(zhuǎn)的輥的拉伸步 驟，當(dāng)潤(rùn)濕纖維轉(zhuǎn)移到以調(diào)理步驟中輥速的3. 9倍的速度旋轉(zhuǎn)的輥上時(shí)對(duì)其進(jìn)行拉伸。隨著潤(rùn)濕纖維以較高速度趨近拉伸輥，在纖維于拉伸輥之上經(jīng)過(guò)時(shí)將90°C的液體(25重量％ 的溶劑、5重量％的鹽、余量水)噴灑到纖維表面上。當(dāng)潤(rùn)濕纖維以較高速度(大于1，000 碼/分鐘)在輥之上經(jīng)過(guò)時(shí)，設(shè)置拉伸輥的速度以拉伸潤(rùn)濕纖維另外3. 9X倍，以便獲得最 終1，200旦尼爾的紗線。采用三個(gè)順序排列的拉伸輥的拉伸階段，然而僅僅一個(gè)階段賦予 潤(rùn)濕纖維拉伸。第一階段賦予3. 9X倍的總拉伸，而以與第一階段相同的速度操作的第二和 第三階段未賦予附加拉伸。離開(kāi)拉伸步驟的紗線速度超過(guò)1，000碼/分鐘。拉伸后，由間苯二胺聚合物、溶劑、鹽和水組成的潤(rùn)濕纖維立即進(jìn)入洗滌過(guò)程，其 中在纖維于輥之上經(jīng)過(guò)時(shí)將85°C的水噴灑到拉伸纖維表面上以將殘余溶劑和鹽從長(zhǎng)絲上 洗滌并除去。洗滌三秒鐘之后，洗滌過(guò)的潤(rùn)濕纖維離開(kāi)洗滌過(guò)程并立即進(jìn)入干燥步驟。在 干燥步驟之前，利用銷(xiāo)軸導(dǎo)向的接觸表面除去洗滌纖維上的過(guò)量表面液體(洗滌水)。隨后與實(shí)施例1中相同干燥纖維。干燥纖維接著立即進(jìn)入熱處理步驟。隨后使干 燥纖維在兩個(gè)280°C (超過(guò)聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度)下的熱輥上經(jīng)過(guò)進(jìn)行纖維的熱處理。 這種在280°C下持續(xù)三秒鐘的纖維熱處理增強(qiáng)長(zhǎng)絲中的分子結(jié)構(gòu)，從而增加纖維強(qiáng)度。熱處理步驟之后，隨后通過(guò)使熱纖維在室溫輥之上經(jīng)過(guò)冷卻復(fù)絲纖維，施用1重 量％的減摩織物整理劑，并將紗線卷繞到管子上。隨后測(cè)試從卷繞紗線的線軸上取下的紗線樣本的物理特性，并接下來(lái)通過(guò)將具有 紅色染料的紗線樣本浸在120°C下的含水浴中1小時(shí)測(cè)試從卷繞紗線的線軸上取下的紗 線樣本的染料汲取。通過(guò)計(jì)算被纖維汲取的紅色染料以及測(cè)量染色過(guò)程之后樣本的L、A 和B顏色參數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)可染性。染色之前，紗線顏色為具有這些顏色坐標(biāo)值的白色L 88 ； A -l. 1 ；和B :4. 8。較高的染料汲取百分比表明較好的著色，較高的A顏色結(jié)果表明較“紅” 的紗線，較低的L顏色結(jié)果表明較暗的紗線，證實(shí)紅色染料吸收到纖維中。圖4為顯示紗線 中長(zhǎng)絲橫截面的顯微照片的掃描圖像，所述圖像示出紅色染料濃縮在纖維表面附近。對(duì)來(lái)自該線軸的紗線進(jìn)行測(cè)試以產(chǎn)生圖5中所示的拉曼光譜響應(yīng)，其示出該紗線 為具有晶體結(jié)構(gòu)的間位芳族聚酰胺，所述晶體結(jié)構(gòu)為在高溫(285°C)下具有低收縮性的間 位芳族聚酰胺纖維的屬性。如圖5所示，在大約1，650cm-1的波長(zhǎng)處所示的羰基伸縮峰表明 測(cè)試紗線內(nèi)晶體結(jié)構(gòu)的存在。測(cè)試附加纖維并且與圖4中紗線的拉曼光譜一致。紗線表現(xiàn)出以下特性長(zhǎng)絲600旦尼爾1，244韌度4. 29克/旦尼爾，斷裂強(qiáng)度11.6磅力斷裂伸長(zhǎng)率25. 5%在285°C下于空氣中1/2小時(shí)后的收縮率0. 2%染色前的顏色=L88 ；A -l. 1 ；B 4. 8紅染料汲取66%染色后的顏色=L42 ；A 43. 7 ；B 1. 8實(shí)施例4重復(fù)實(shí)施例3，不同的是
·潤(rùn)濕拉伸比率為3. 83x ·調(diào)理步驟中的液體為20重量％的二甲基乙酰胺、1重量％的鹽、余量水
·拉伸步驟中的液體為20重量％的二甲基乙酰胺、1重量％的鹽、余量水·熱處理步驟中的輥溫度為第1熱輥為360°C，并且第2熱輥也為360°C紗線表現(xiàn)出以下特性長(zhǎng)絲600旦尼爾1，206韌度4. 92克/旦尼爾，斷裂強(qiáng)度13.1磅力斷裂伸長(zhǎng)率26. 2%在285°C下于空氣中1/2小時(shí)后的收縮率0. 7%染色前的顏色=L88 ；A -l. 1 ；B 4. 8紅染料汲取23%染色后的顏色=L57 ；A 31. 9 ；B :_0· 4該樣本具有低收縮性但具有依據(jù)低染料汲取和低的紅色染料吸收性的“差”著色 性，如較高的L值57和較低的A顏色31. 9所表明的。圖6為顯示紗線中長(zhǎng)絲橫截面的顯 微照片的掃描圖像，其示出纖維中或纖維表面上較少的紅色染料。實(shí)施例5重復(fù)實(shí)施例3，不同的是·潤(rùn)濕拉伸比率為2. 78x·在熱處理步驟中調(diào)節(jié)紗線速度以賦予紗線1. 4倍的拉伸。紗線表現(xiàn)出以下特性長(zhǎng)絲600旦尼爾1，271韌度4. 2克/旦尼爾，斷裂強(qiáng)度11.6磅力斷裂伸長(zhǎng)率22. 9%在285°C下于空氣中1/2小時(shí)后的收縮率0. 4%紅染料汲取86%染色后的顏色=L38 ；A 45. 5 ；B 3. 9圖7為顯示紗線中長(zhǎng)絲橫截面的顯微照片的掃描圖像，所述圖像示出紅色染料濃 縮在纖維表面附近。圖8為顯示紗線中長(zhǎng)絲橫截面的顯微照片的另一個(gè)掃描圖像，所述圖像示出紅色 染料濃縮在纖維表面附近。圖8中所示的標(biāo)度表明染料濃縮在纖維的外表面上。實(shí)施例6重復(fù)實(shí)施例3，不同的是
·潤(rùn)濕拉伸比率為3. 54x·在熱處理步驟中調(diào)節(jié)紗線速度以賦予紗線1. 1倍的拉伸。圖9為示出這種紗線長(zhǎng)絲的橫截面的顯微照片的掃描圖像。紗線表現(xiàn)出以下特 性長(zhǎng)絲600旦尼爾1，267韌度4. 2克/旦尼爾，斷裂強(qiáng)度11.8磅力
斷裂伸長(zhǎng)率23. 8%在285°C下于空氣中1/2小時(shí)后的收縮率0. 2%紅染料汲取71%染色后的顏色=L41 ；A 43. 5 ；B 1. 6實(shí)施例7重復(fù)實(shí)施例3，不同的是·潤(rùn)濕拉伸比率為3. 56x·熱處理步驟中輥的溫度為第1熱輥為290°C且第2熱輥也為290°C。在熱處理 步驟中調(diào)節(jié)紗線速度以賦予紗線1.1倍的拉伸。圖10為示出這種紗線長(zhǎng)絲的橫截面的顯微照片的掃描圖像。紗線表現(xiàn)出以下特 性長(zhǎng)絲600旦尼爾1，250韌度4. 4克/旦尼爾，斷裂強(qiáng)度12.1磅力斷裂伸長(zhǎng)率24. 3在285°C下于空氣中1/2小時(shí)后的收縮率0. 7%紅染料汲取72%染色后的顏色=L40 ；A 44. 9 ；B 2. 2實(shí)施例8重復(fù)實(shí)施例3，不同的是·在紡絲步驟中將200根長(zhǎng)絲分成一束 潤(rùn)濕拉伸比率為3. 9X 熱處理步驟中輥的溫度為第1熱輥為270°C并且第2熱輥也為270°C (低于聚 合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度)。圖11為示出這種紗線長(zhǎng)絲的橫截面的顯微照片的掃描圖像。紗線表現(xiàn)出以下特 性長(zhǎng)絲200 旦尼爾405韌度4. 6克/旦尼爾，斷裂強(qiáng)度4. 1磅力斷裂伸長(zhǎng)率22%在285°C下于空氣中1/2小時(shí)后的收縮率0. 7%紅染料汲取82%染色后的顏色:L37 ；A 45. 6 ；B 3. 權(quán)利要求
連續(xù)干紡絲方法，所述方法依次包括以下步驟將纖維由溶液擠出到氣體介質(zhì)中，其中所述溶液包含聚合物、溶劑、水和鹽；除去所述氣體介質(zhì)中纖維上至少25重量％的溶劑；在具有第一濃度的溶劑和鹽的水性驟冷溶液中驟冷所述纖維，其中所述水性驟冷溶液處于第一溫度下；用具有第二濃度的溶劑和鹽的水性調(diào)理溶液接觸所述纖維，其中所述水性調(diào)理溶液處于第二溫度下，其中所述纖維接觸所述水性調(diào)理溶液小于2分鐘；和拉伸所述纖維。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述第二濃度的溶劑高于所述第一濃度。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述第二溫度高于所述第一溫度。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述聚合物為間位芳族聚酰胺聚合物。
5.權(quán)利要求4的方法，其中所述聚合物包括聚間苯二甲酰間苯二胺。
6.權(quán)利要求1的方法，其中所述鹽在所述溶液中的重量百分比按所述溶液的總重量計(jì) 為至少3重量％。
7.權(quán)利要求1的方法，其中所述纖維以超過(guò)150碼/分鐘的速率被驟冷。
8.權(quán)利要求1的方法，其中所述氣體介質(zhì)保持在至少250°C的溫度下。
9.權(quán)利要求1的方法，其中所述第一濃度的溶劑和鹽包括使得溶劑以按所述水性驟冷 溶液的總重量計(jì)在2%至20%范圍內(nèi)的重量百分比存在于所述水性驟冷溶液中，和使得鹽 以按所述水性驟冷溶液的總重量計(jì)在0.5%至10%范圍內(nèi)的重量百分比存在于所述水性 驟冷溶液中。
10.權(quán)利要求1的方法，其中所述第一溫度在0°C至20°C的范圍內(nèi)。
11.權(quán)利要求1的方法，其中所述第二濃度的溶劑和鹽包括使得溶劑以按所述水性調(diào) 理溶液的總重量計(jì)在5%至40%范圍內(nèi)的重量百分比存在于所述水性調(diào)理溶液中，和使得 鹽以按所述水性調(diào)理溶液的總重量計(jì)在至10%范圍內(nèi)的重量百分比存在于所述水性 調(diào)理溶液中。
12.權(quán)利要求1的方法，其中所述第二溫度在30°C至100°C的范圍內(nèi)。
13.權(quán)利要求1的方法，其中所述纖維在多個(gè)輥上被拉伸。
14.權(quán)利要求13的方法，其中所述絲束在拉伸后的速度為至少450碼/分鐘。
15.權(quán)利要求1的方法，所述方法還包括熱處理所述纖維，所述熱處理通過(guò)在從所述纖 維聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以下30°C到所述纖維聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上120°C的 溫度范圍內(nèi)加熱所述纖維。
16.連續(xù)干紡絲方法，所述方法依次包括以下步驟將纖維由溶液擠出到氣體介質(zhì)中，其中所述溶液包含聚合物、溶劑、水和鹽；除去所述氣體介質(zhì)中纖維上至少25重量％的溶劑；在具有第一濃度的溶劑和鹽的水性驟冷溶液中驟冷所述纖維，其中所述水性驟冷溶液 處于第一溫度下；用具有第二濃度的溶劑和鹽的水性調(diào)理溶液接觸所述纖維，其中所述水性調(diào)理溶液處 于第二溫度下，其中所述纖維接觸所述水性調(diào)理溶液小于2分鐘；拉伸所述纖維；用水洗滌所述纖維；和 干燥所述纖維。
17.權(quán)利要求15的方法，所述方法還包括熱處理所述纖維，所述熱處理通過(guò)在從所述 纖維聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以下30°C至所述纖維聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上120°C 的溫度范圍內(nèi)加熱所述纖維。
18.連續(xù)干紡絲方法，所述方法包括在110°C至140°C的溫度下通過(guò)成型孔口將間位芳族聚酰胺溶液擠出成纖維，其中所 述溶液被擠出到氣體介質(zhì)中，其中所得擠出纖維包含聚合物、鹽、溶劑和水，其中所述氣體 介質(zhì)蒸發(fā)掉所述纖維中溶劑的至少25% ；在包含鹽和溶劑的水性驟冷溶液中驟冷所述纖維，其中所述溶劑以按所述水性驟冷溶 液的總重量計(jì)在2%至20%范圍內(nèi)的重量百分比存在于所述水性驟冷溶液中，并且所述鹽 以按所述水性驟冷溶液的總重量計(jì)在0.5%至10%范圍內(nèi)的重量百分比存在于所述水性 驟冷溶液中，其中所述水性驟冷溶液處于0°C至15°C的溫度下；從所述驟冷溶液中移除所述纖維并用包含鹽和溶劑的水性調(diào)理溶液接觸所述纖維，其 中所述溶劑以按所述水性調(diào)理溶液的總重量計(jì)在5%至40%范圍內(nèi)的重量百分比存在于 所述水性調(diào)理溶液中，并且所述鹽以按所述水性調(diào)理溶液的總重量計(jì)在至10%范圍內(nèi) 的重量百分比存在于所述水性調(diào)理溶液中，其中所述水性調(diào)理溶液處于30°C至100°C的溫 度下，其中所述纖維接觸所述水性調(diào)理溶液小于2分鐘； 拉伸所述纖維； 用水洗滌所述纖維；和 干燥所述纖維。
19.權(quán)利要求18的方法，其中所述聚合物包括聚間苯二甲酰間苯二胺。
20.權(quán)利要求18的方法，所述方法還包括熱處理所述纖維，所述熱處理通過(guò)在從260°C 至390°C的溫度范圍內(nèi)加熱所述纖維來(lái)進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于由具有聚合物、鹽、溶劑和水濃度的聚合物溶液制備纖維的連續(xù)干紡絲方法。在纖維被擠出并驟冷之后，使所述纖維接觸包含溶劑、鹽和水濃度的調(diào)理溶液。調(diào)理溶液作用于纖維以在拉伸之前塑化纖維。調(diào)理溶液具有一定濃度的溶劑、鹽和水，以便纖維被塑化至拉伸所必需的程度但是不會(huì)塑化纖維至使得纖維再次溶解于聚合物溶液中的程度。由該方法制造的熱處理纖維具有改善的收縮性并且可被染色成較暗色調(diào)。
文檔編號(hào)D01D5/04GK101903569SQ200880121444
公開(kāi)日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2008年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月19日
發(fā)明者D·W·盧基, E·N·魯?shù)衔鳡? M·H·赫丁格 申請(qǐng)人:納幕爾杜邦公司