Способ прядения
Изобретение относится к способу прядения комплексной нити и изделиям, полученным по этому способу. Способ прядения комплексной нити из термопластичного материала содержит операции экструзии расплавленного материала через фильеру с множеством прядильных отверстий для формирования пучка из множества волокон, наматывания волокон в виде нити после отверждения и охлаждения пучка волокон под фильерой в два этапа. В первой зоне охлаждения поток газообразной охлаждающей среды направляют с протеканием через пучок волокон в поперечном направлении, причем обеспечивают по существу полный выход охлаждающей среды из пучка волокон на стороне, противоположной стороне входа потока среды. Во второй зоне охлаждения, расположенной под первой зоной охлаждения, дополнительно охлаждают пучок волокон по существу посредством самовсасывания газообразной охлаждающей среды, окружающей пучок волокон. Изобретение позволяет повысить степень эффективности охлаждения сформованных волокон и, следовательно, повысить качество получаемых волокон. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 3 табл.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу прядения комплексной нити из термопластичного материала, содержащему операции экструзии расплавленного материала через фильеру с множеством прядильных отверстий для формирования пучка волокон, содержащего множество волокон, намотки волокон в виде нити после отверждения и охлаждения пучка волокон под фильерой.
Изобретение относится также к полиэфирной волоконной пряже и к кордам, содержащим полиэфирную волоконную пряжу.
Уровень техники
Способ описанного типа известен из патентного документа ЕР-А-1079008. Движение волокон непосредственно после экструзии поддерживается в процессе прядения воздушным потоком. Таким образом, охлаждение осуществляется по существу потоком охлаждающего агента, протекающего параллельно нити. Обычно этот тип охлаждения дает хорошие результаты, в особенности при высоких скоростях вытягивания.
В патентном документе JP 11061550 раскрыт двухступенчатый способ охлаждения для прядения комплексной нити из термопластичного материала. В первой зоне охлаждения воздушный поток направлен таким образом, что он подходит к волокнам с одной стороны или в окружном направлении, а во второй зоне сжатый воздух вдувают в верхнюю область зоны охлаждения, создавая при этом направленный вниз воздушный поток, параллельный волокнам. Целью данного решения является получение волокон, обладающих по возможности равномерными физическими свойствами.
Поведение термопластичных полимеров при охлаждении является сложным процессом и зависит от целого ряда параметров. Именно в ходе процесса охлаждения в поперечном сечении волокна могут создаваться различия в двойной рефракции, поскольку оболочка волокна охлаждается быстрее, чем его внутренняя часть, то есть сердцевина. Этот процесс охлаждения ведет также к различиям в характере кристаллизации волокон. Таким образом, охлаждение в значительной степени определяет кристаллизацию полимеров, что проявляется при последующем использовании волокон, например при вытягивании. Для многих случаев использования желательно, чтобы высокая степень охлаждения достигалась как можно скорее после экструзии для обеспечения быстрой кристаллизации.
Известные из уровня техники способы охлаждения не удовлетворяют или не полностью удовлетворяют этим требованиям.
Раскрытие изобретения
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании способа эффективного охлаждения волокон после экструзии, обеспечивающего хорошую кристаллизацию даже при относительно низких скоростях намотки.
В соответствии с изобретением решение поставленной задачи достигается за счет способа в соответствии с приведенным выше описанием и ограничительной частью пункта 1 формулы. Способ отличается тем, что охлаждение осуществляют в два этапа, при этом пучок волокон обдувают газообразной охлаждающей средой в первой зоне охлаждения с обеспечением протекания газообразной охлаждающей среды через пучок волокон в поперечном направлении и с обеспечением по существу полного выхода среды из пучка волокон на стороне, противоположной стороне входа потока среды, а во второй зоне охлаждения, расположенной под первой зоной охлаждения, пучок волокон дополнительно охлаждают по существу посредством самовсасывания газообразной охлаждающей среды, окружающей пучок волокон.
Таким образом, способ по изобретению является двухэтапным процессом. На первом этапе газообразная охлаждающая среда протекает через пучок волокон. Решающее значение имеет то, что охлаждающая среда практически полностью выходит из пучка волокон на стороне, противоположной стороне входа потока среды. Таким образом, на этом этапе процесса охлаждения охлаждающая среда по возможности не должна протягиваться вместе с волокном. Для осуществления первого этапа охлаждения можно обеспечить протекание газообразной охлаждающей среды через пучок волокон поперечно направлению движения пучка с созданием так называемого поперечного воздушного потока. Этот воздушный поток может быть эффективно создан путем отсасывания газообразной охлаждающей среды с помощью всасывающего устройства после ее протекания через пучок волокон. При этом достигается хорошо ориентированный охлаждающий поток и обеспечивается количественный отвод охлаждающего агента из пучка волокон. Этот замысел может быть практически осуществлен посредством того, что пучок волокон, например, направляют между воздуходувным устройством и всасывающим устройством. Альтернативная возможность состоит в том, что поток волокон разделяют, а воздуходувное устройство помещают посредине между двумя потоками волокон. В такой конструкции среда может продуваться через перфорированную трубу, проходящую на некоторое расстояние параллельно между потоками волокон. В этом случае газообразная охлаждающая среда может вдуваться от центра пучка волокон и проходить сквозь него наружу. Здесь также важно обеспечить, чтобы охлаждающая среда практически полностью выходила из пучка.
Само собой разумеется, что возможны и другие направления продувки и всасывания. Так например, труба, проходящая по центру потоков волокон, может служить всасывающим устройством, а продувка может производиться снаружи внутрь.
В способе по изобретению скорость потока газообразной охлаждающей среды предпочтительно составляет от 0,1 до 1 м/с. При этих скоростях может достигаться равномерное охлаждение практически без переплетения волокон или создания различий между оболочкой и сердцевиной во время кристаллизации.
Далее, было установлено, что вполне адекватной является длина первой зоны охлаждения от 0,2 до 1,2 м. В процессе продувки по этой длине при указанных выше условиях достигается требуемая степень охлаждения в первой зоне или на первом этапе.
Второй этап охлаждения осуществляют с использованием так называемого «охлаждения пряжи самовсасыванием», когда пучок волокон затягивает из своего окружения газообразную охлаждающую среду, такую как окружающий воздух, и за счет этого происходит дальнейшее охлаждение. В этом случае газообразная охлаждающая среда протекает в основном параллельно направлению движения пучка волокон. При этом важно, чтобы газообразная охлаждающая среда подходила к пучку волокон по меньшей мере с двух сторон.
Устройство самовсасывания может быть создано с помощью двух перфорированных пластин или так называемых двусторонних пластин, проходящих параллельно пучку волокон. Длина пластин составляет по меньшей мере 10 см и может достигать нескольких метров. Обычно длина этого участка самовсасывания составляет от 30 до 150 см.
В способе по изобретению предпочтительно второй этап охлаждения осуществляют посредством того, что волокна проводят между перфорированными материалами, например перфорированными пластинами, с обеспечением двустороннего доступа газообразной охлаждающей среды к волокнам в процессе самовсасывания.
Было установлено, что на втором этапе охлаждения предпочтительным является проведение пучка волокон через перфорированную трубу. Такие трубы самовсасывания известны специалистам в данной области. Они создают возможность затягивания газообразной охлаждающей среды через пучок волокон таким образом, что в основном предотвращается переплетение волокон.
Температуру охлаждающей среды, всасываемой с проходом через пучок волокон, можно регулировать, например, при использовании теплообменника. Этот пример осуществления позволяет управлять процессом независимо от внешней температуры, что дает преимущества в отношении стабильности процесса, например, при суточных или сезонных колебаниях температуры.
Между фильерой или сопловой пластиной и началом первой зоны охлаждения обычно имеется так называемая «нагревательная труба». В зависимости от типа волокна длина этого компонента, который сам по себе известен, составляет от 10 до 40 см.
Между первой и второй зонами охлаждения может оптимальным образом выполняться этап вязки пряжи, осуществляемый известным образом, например, с использованием так называемого вентилятора или воздушных шаберов. Этот этап вязки пряжи может также выполняться во второй зоне охлаждения.
Само собой разумеется, что способ по изобретению может содержать вытягивание волокон известным способом после прохождения зон охлаждения и перед намоткой. Термин «вытягивание» в данном тексте включает все способы вытягивания волокон, известные специалистам. Вытягивание может выполняться с помощью одиночного или двойного валка или подобного устройства. Следует особо отметить, что вытягивание относится к коэффициентам вытягивания как больше 1, так и меньше 1. Последние известны специалистам в данной области под названием релаксации. Коэффициенты вытягивания больше и меньше 1 могут иметь место в ходе одного процесса.
Общий коэффициент вытягивания обычно вычисляется как отношение скорости вытягивания или, если имеет место релаксация, скорости намотки в конце процесса к скорости формования волокон, то есть к скорости, с которой пучки волокон проходят через зоны охлаждения. Типовая группа параметров может содержать, например, скорость формования 2760 м/мин, скорость вытягивания 6000 м/мин, дополнительную релаксацию после вытягивания 0,5%, то есть скорость намотки 5970 м/мин. В результате общий коэффициент вытягивания составляет 2,16.
Таким образом, согласно изобретению предпочтительная скорость намотки составляет по меньшей мере 2000 м/мин. В принципе в пределах технических возможностей для процесса нет верхнего ограничения для скорости. Однако в общем случае предпочтительна максимальная скорость намотки 6000 м/мин. Таким образом, для общего коэффициента вытягивания от 1,5 до 3 скорость намотки лежит в пределах примерно от 500 до 4000 м/мин, предпочтительно от 2000 до 3500 м/мин.
Кроме того, по направлению потока перед вытягивающим устройством после зон охлаждения может быть расположена камера резкого охлаждения. Этот компонент также известен сам по себе.
Газообразной охлаждающей средой предпочтительно является воздух или инертный газ, такой как азот или аргон.
Способ по изобретению в принципе не ограничивается определенными типами полимеров и может использоваться применительно ко всем типам полимеров, из которых можно получать волокна способом экструзии. Однако в качестве термопластичного материала предпочтительны такие полимеры, как полиэфир, полиамид, полиолефин, смеси или сополимеры указанных полимеров.
В особенно предпочтительном примере осуществления термопластичный материал состоит по существу из полиэтиленового терефталата.
Способ по изобретению позволяет получать волокна, в особенности пригодные для технического использования и особенно для использования в шинных кордах. Кроме того, способ пригоден для изготовления технической пряжи. Специалистам в данной области хорошо известно проектирование устройств для прядения технической пряжи, в частности выбор насадок и длины нагревательной трубы.
Таким образом, предметом изобретения является также волоконная пряжа, в частности полиэфирная волоконная пряжа, которая может быть получена описанным выше способом.
Настоящее изобретение направлено, в частности, на получение полиэфирной волоконной пряжи, имеющей такую прочность на разрыв Т, мН/текс, и такое удлинение при разрыве Е, %, что параметр Т·Е1/3, представляющий собой произведение прочности на разрыв Т на кубический корень удлинения при разрыве Е, составляет по меньшей мере 1600 мН%1/3/текс. Предпочтительно величина этого произведения составляет от 1600 до 1800 мН%1/3/текс.
Измерение прочности на разрыв Т и удлинения при разрыве Е для определения параметра Т·Е1/3 выполняют в соответствии с ASTM 885, как это известно специалисту в данной области.
В предпочтительном примере осуществления изобретение направлено на получение полиэфирной волоконной пряжи, для которой сумма удлинения EAST (удлинение при удельном растяжении) в % после приложения удельной нагрузки 410 мН/текс и усадки HAS (усадка в горячем воздухе) в % при температуре 180°С, то есть EAST + HAS, составляет меньше 11%, предпочтительно меньше 10,5%.
Измерения EAST выполняют в соответствии с ASTM 885, a HAS измеряют также в соответствии с ASTM 885 при условии, что измерение проводят при 180°С, 5 мН/текс в течение 2 мин.
И наконец, предметом изобретения является шинный корд, который содержит полиэфирную волоконную пряжу и имеет удерживающую способность Rt в %, при этом корд отличается тем, что его фактор качества Qf, представляющий собой произведение параметра Т·Е1/3 полиэфирной волоконной пряжи на Rt корда, составляет более 1350 мН%1/3/текс.
Под удерживающей способностью подразумевается отношение прочности на разрыв корда после пропитки к прочности на разрыв нитей.
Особенно предпочтительно получение фактора качества более 1375 мН%1/3/текс, особенно предпочтительно его повышение до 1800 мН%1/3/текс.
Осуществление изобретения
Далее изобретение будет пояснено на примерах осуществления, не носящих ограничивающего характера.
Гранулы полиэтиленового терефталата с относительной вязкостью 2,04, измеренной на растворе 1 г полимера в 125 г смеси 2,4,6-трихлорфенола и фенола (TCF/F, 7:10 м/м) при 25°С в вискозиметре Ubbelohde (DIN 51562), формовали в нити и охлаждали при условиях, указанных в таблице 1. Скорость вытягивания составила 6000 м/мин. Была проведена дополнительная релаксация в 0,5% со скоростью намотки 5970 м/мин.
| Таблица 1 | |
| Номер пряжи, дтекс | 1440 |
| Линейная плотность волокна, дтекс | 4,35 |
| Фильера | 331 отверстие, каждое диаметром 800 мкм |
| Длина нагревательной трубы, мм | 150 |
| Температура в нагревательной трубе, °С | 200 |
| Длина первой зоны охлаждения, мм | 700 |
| Расход воздушного потока, м3/ч | 400 |
| Длина второй зоны охлаждения, мм, двусторонняя пластина | 700 |
| Температура охлаждающего воздуха, °С | 50 |
| Вязка пряжи | Вентилятор |
Характеристики пряжи были определены по трем образцам и приведены в таблице 2.
| Таблица 2 | |||
| Образец 003 | Образец 004 | Образец 005 | |
| Скорость формования, м/мин | 2791 | 2759 | 2727 |
| Прочность на разрыв Т, мН/текс | 688 | 703 | 712 |
| Удлинение при разрыве Е, % | 13,9 | 13,7 | 12,9 |
| Прочность при удлинении 5% TASE5, мН/текс | 388 | 341 | 348 |
| Т·Е1/3, мН%1/3/текс | 1654 | 1682 | 1670 |
И наконец, характеристики корда были определены после его пропитки и приведены в таблице 3.
Фактор качества Qf определен как произведение параметра Т·Е1/3 и удерживающей способности.
| Таблица 3 | |||
| Образец 003 | Образец 004 | Образец 005 | |
| Прочность на разрыв Т, мН/текс | 589 | 595 | 604 |
| Прочность при удлинении 5% TASE5, мН/текс | 227 | 223 | 222 |
| Т·Е1/3, мН%1/3/текс | 1654 | 1682 | 1670 |
| Удерживающая способность Rt, %, | 85,6 | 84,6 | 84,8 |
| Фактор качества, мН%1/3/текс | 1416 | 1424 | 1417 |
| Удлинение EAST при удельной нагрузке 410 мН/текс, % | 5,9 | 5,8 | 5,7 |
| Усадка HAS в горячем воздухе, % | 4,2 | 4,5 | 4,3 |
| EAST + HAS, % | 10,1 | 10,3 | 10,0 |
1. Способ прядения комплексной нити из термопластичного материала, содержащий операции экструзии расплавленного материала через фильеру с множеством прядильных отверстий для формирования пучка из множества волокон, наматывания волокон в виде нити после отверждения и охлаждения пучка волокон под фильерой в два этапа, причем в первой зоне охлаждения поток газообразной охлаждающей среды направляют с протеканием через пучок волокон в поперечном направлении, отличающийся тем, что обеспечивают, по существу, полный выход охлаждающей среды из пучка волокон на стороне, противоположной стороне входа потока среды, а во второй зоне охлаждения, расположенной под первой зоной охлаждения, дополнительно охлаждают пучок волокон, по существу, посредством самовсасывания газообразной охлаждающей среды, окружающей пучок волокон.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что газообразную охлаждающую среду отсасывают с помощью всасывающего устройства после ее протекания через пучок волокон.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость потока газообразной охлаждающей среды составляет от 0,1 до 1 м/с.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что первая зона охлаждения имеет длину от 0,2 до 1,2 м.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что второй этап охлаждения осуществляют путем проведения волокон между перфорированными материалами, например перфорированными пластинами, с обеспечением двустороннего доступа газообразной охлаждающей среды к волокнам в процессе самовсасывания.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что второй этап охлаждения осуществляют путем проведения пучка волокон через перфорированную трубу.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что волокна вытягивают после охлаждения и перед наматыванием.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что волокна наматывают со скоростью по меньшей мере 2000 м/мин.
9. Способ по п.1, отличающийся тем, что газообразная охлаждающая среда представляет собой воздух или инертный газ.
10. Способ по п.1, отличающийся тем, что термопластичный материал выбирают из группы, содержащей полиэфир, полиамид, полиолефин или смеси указанных полимеров.
11. Способ по п.1, отличающийся тем, что термопластичный материал состоит, по существу, из полиэтиленового терефталата.
12. Полиэфирная волоконная пряжа, получаемая способом по любому из пп.1-11, имеющая такую прочность на разрыв Т, мН/текс, и такое удлинение при разрыве Е, %, что параметр Т·Е1/3, представляющий собой произведение прочности на разрыв Т на кубический корень удлинения при разрыве Е, равен по меньшей мере 1600 мН%1/3/текс.
13. Пряжа по п.12, для которой сумма удлинения в % при удельном растяжении после приложения удельной нагрузки 410 мН/текс и усадки в % в горячем воздухе при температуре 180°С составляет менее 11%, предпочтительно менее 10,5%.
14. Корд, содержащий полиэфирную волоконную пряжу по п.12 или 13, имеющий удерживающую способность Rt в % после пропитки, отличающийся тем, что его фактор качества Qf, представляющий собой произведение параметра Т·Е1/3 полиэфирной волоконной пряжи и Rt корда, составляет более 1350 мН%1/3/текс.
