专利名称：生产聚合物长丝的方法1.发明领域本发明涉及用于生产具有低旦尼尔分布偏差的诸如聚酯长丝的聚合物长丝的方法。本发明还涉及用所述长丝生产的纱线和其他制品。2.相关技术的说明很多合成聚合物长丝，如聚酯是熔纺而成的，即它们是用加热的聚合物熔体挤压而成。熔纺聚合物长丝是通过使用具有数量从大约10个到大约300个不等的多个毛细孔的喷丝头挤压诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯和相关地聚酯的熔融聚合物而生产的。所述长丝从喷丝头中排出，然后在冷却区冷却。熔融聚合物的冷却(淬火)和随后固化的细节，对纺成的长丝的品质具有明显影响，这种影响表现在旦尼尔分布偏差和长丝间的均匀度方面。淬火方法包括横流、径向和气动淬火。横流淬火包括从刚挤出的长丝阵列一侧吹送横向通过这些长丝的冷却气体。横流淬火被很多纤维生产企业所普遍接受，因为人们相信“横流淬火”提供了可以吹送所必需的提高速度或产量的较大数量的冷却气体的最佳方式而提高了拉丝辊速度(又被称为“拉出速度”，并且有时候被称为纺丝速度)。另一种类型的淬火被称为“径向淬火”，并且业已被用于某些聚合物长丝的商业化生产，例如，Knox在US4156071中所披露的，以及由Collins等在US5250245和5288553中所披露的。在这种类型的“径向淬火”中，引导冷却气体向内通过环绕刚挤出的长丝阵列的淬火筛网系统。所述冷却气体通常通过与长丝一起向下传递的方式离开该淬火系统，从该淬火装置中排出。尽管对于圆形阵列的长丝来说，术语“径向淬火”是合适的，不过，如果长丝阵列不是圆形的，而是例如，矩形、椭圆形或其他形状，同样的系统可以与相应的形状的周围筛网系统一起以基本上相似的方式工作，该周围筛网系统能向内朝向该长丝阵列引导冷却气体。在二十世纪八十年代，Vassilatos和Sze在高速纺聚合物长丝方面取得了显著进步，并且在US4687610；4691003；5034182；5141700；和更近一些的5824248和于1998年10月16日申请的待批申请09/174194和2000年4月12日申请的09/547854中披露了这些改进以及所生产的改良的长丝。这些专利披露了气体管理技术，从而气体环绕刚挤出的长丝周围以控制长丝的温度和变细型面。这种类型的淬火系统和方法被称为气动淬火或纺丝。其他气动淬火方法包括披露于US5976431中的方法。气动纺丝是这样一种方法，它不仅对熔融长丝进行淬火，而且还能降低拉丝的线性张力，从而提供更好的可生产性和可加工性。在气动纺丝中，沿相同方向运动的冷却气体和长丝通过一个导管，其中，运动速度是通过卷绕辊控制的。所述张力和温度是通过气体流量、控制气体速度的所述导管的直径或截面、以及所述导管的长度控制的。可以在沿导管长度方向的一个或多个位置上导入冷却气体。气动淬火可以使纺丝速度超过大约5000mpm。业已发现，对于某些类型的通过某些气动淬火系统冷却的聚合物长丝来说，随着长丝旦尼尔的增加，该长丝的产量和可加工性降低，因为提高了所生产长丝的旦尼尔分布偏差。所述提高了的旦尼尔分布偏差被认为至少部分由于增加的气体紊流所致，这种紊流是由于冷却该气动淬火系统中的较大的长丝所需要的气体量的增加而引起的，这样提高了所述长丝的不均匀性。因此，需要一种用于生产具有低旦尼尔分布偏差，并因此具有改良的特性的熔纺长丝的方法，最好为高速方法。
本发明概述
根据上述需要，提供了一种用于纺聚合物长丝的熔纺方法，包括让由一种或多种链支化剂组成的聚合物的聚合物熔体通过喷丝头，以便形成聚合物长丝，让所述长丝通过一个气动淬火区，其中，向所述长丝提供冷却气体，以便冷却所述长丝，其中，引导所述冷却气体沿与长丝运动方向相同的方向运动。
根据上述需要，还提供了一种用于纺聚合物长丝的熔纺方法，包括让一种聚合物的聚合物熔体通过一个喷丝头，形成每根长丝的旦尼尔高于大约4的聚合物长丝，让所述长丝通过一个淬火区，其中，给所述长丝提供冷却气体以便冷却所述长丝，其中，引导所述冷却气体沿与长丝运动方向相同的方向运动并加速，从而使由所生产的长丝形成的纱线的旦尼尔分布偏差低于2。
根据上述需要，还提供了一种用于生产旦尼尔分布偏差低于大约2的聚合物长丝的熔纺方法，包括让一种实验室相对粘度高于22.5的聚合物的聚合物熔体通过一个喷丝头，以形成聚合物长丝，让所述长丝通过一个淬火区，其中，给所述长丝提供冷却气体以便冷却所述长丝，其中，引导所述冷却气体沿与长丝运动方向相同的方向运动并加速。
根据上述需要，还提供了一种生产旦尼尔分布偏差低于大约2％的聚酯纱线的方法，包括用一种实验室相对粘度高于22.5的聚酯形成的长丝，并将所述长丝制成纱线。
还提供了用上述方法生产的长丝、纱线和其他制品。
通过以下详细说明，可以理解本发明的其他目的、特征和优点。
根据上述需要，提供了一种用于纺聚合物长丝的熔纺方法，包括让由一种或多种链支化剂组成的聚合物的聚合物熔体通过喷丝头，以便形成聚合物长丝，让所述长丝通过一个气动淬火区，其中，向所述长丝提供冷却气体，以便冷却所述长丝，其中，引导所述冷却气体沿与长丝运动方向相同的方向运动。
根据上述需要，还提供了一种用于纺聚合物长丝的熔纺方法，包括让一种聚合物的聚合物熔体通过一个喷丝头，形成每根长丝的旦尼尔高于大约4的聚合物长丝，让所述长丝通过一个淬火区，其中，给所述长丝提供冷却气体以便冷却所述长丝，其中，引导所述冷却气体沿与长丝运动方向相同的方向运动并加速，从而使由所生产的长丝形成的纱线的旦尼尔分布偏差低于2。
根据上述需要，还提供了一种用于生产旦尼尔分布偏差低于大约2的聚合物长丝的熔纺方法，包括让一种实验室相对粘度高于22.5的聚合物的聚合物熔体通过一个喷丝头，以形成聚合物长丝，让所述长丝通过一个淬火区，其中，给所述长丝阵列提供冷却气体以便冷却所述长丝，其中，引导所述冷却气体沿与长丝运动方向相同的方向运动并加速。
根据上述需要，还提供了一种生产旦尼尔分布偏差低于大约2％的聚酯纱线的方法，包括用一种实验室相对粘度高于22.5的聚酯形成长丝，并将所述长丝制成纱线。
还提供了用上述方法生产的长丝、纱线和其他制品。
通过以下详细说明，可以理解本发明的其他目的、特征和优点。
附图的简要说明


图1是可用于本发明中的一级气动淬火系统的示意图2是可用于本发明中的二级气动淬火系统的示意图3是表示127旦-34长丝的旦尼尔分布偏差(DVA)和相对粘度(LRV)之间的关系的曲线图，所述长丝是具有圆形截面的DMT聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物；和
图4是表示265旦-34长丝的旦尼尔分布偏差(DVA)和相对粘度(LRV)之间的关系的曲线图，所述长丝是具有圆形截面的DMT聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物。
本发明的详细说明
本发明涉及一种通过气动纺丝，生产具有低旦尼尔分布偏差的熔纺聚合物长丝的方法。本发明还涉及通过本发明方法所生产的具有低旦尼尔分布偏差的熔纺聚合物长丝。
本发明人业已发现，提高待纺的聚合物的粘度能降低所生产的长丝的旦尼尔分布偏差，从而克服其他工艺中所存在的高旦尼尔分布偏差的问题。
本文所使用的术语“长丝”被一般性使用，包括切断的纤维(通常称之为短纤维)，不过，合成聚合物通常最初是以连续聚合物长丝形式制备的，因为这种长丝是熔纺(挤压)而成的。将一组长丝组合在一起，以便形成纱线。本发明的方法可用于生产任何类型的纱线，如全牵伸纱线、部分定向纱线(POY)或短纤维。所生产的纱线优选是部分定向的，以便随后通过本领域公知方法进行构造。可以采用任何理想的构造方法，包括假捻构造、喷气构造和牵伸构造。
所生产的长丝可以具有任何需要的截面形状，包括圆形、椭圆形、三叶形和成扇形的椭圆形。任何可以熔纺的聚合物都可用于本发明；包括聚酯、聚烯烃。所述聚合物优选是聚酯。所述聚酯可以是均聚物、共聚物、聚酯组合物、双成分或链支化聚酯。有用的聚酯包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(“2-GT”)、聚对苯二甲酸亚丙基酯或聚对苯二甲酸亚丙基酯(“3-GT”)、聚对苯二甲酸亚丁基酯(“4-GT”)、聚萘乙二醇酯、聚对苯二甲酸(亚环己基二亚甲基)酯、聚(交酯)、聚(壬二酸乙二醇酯)、聚(对苯二甲酸亚丁基酯)、聚[(2，7-萘)乙二醇酯]、聚(乙醇酸)、聚(琥珀酸乙二醇酯)、聚(己二酸乙二醇酯)、聚(癸二酸乙二醇酯)、聚(癸二酸乙二醇酯)、聚(己二酸亚癸甲基酯)、聚(癸二酸亚癸甲基酯)、聚(α，α-二甲基丙内酯)、聚(对羟基苯甲酸酯)(akono)、聚(羟基苯甲酸乙二醇酯)、聚(间苯二甲酸乙二醇酯)、聚(对苯二甲酸亚四甲基酯)、聚(对苯二甲酸亚六甲基酯)、聚(对苯二甲酸亚癸甲基酯)、聚(对苯二甲酸1，4环己烷亚二甲基酯)(反式)、聚(1，5-萘乙二醇酯)、聚(2，6-萘乙二醇酯)、聚(对苯二甲酸亚1，4-环己基亚二甲基酯)(顺式)和聚(对苯二甲酸亚1，4-环己基亚二甲基酯)(反式)。生产用于本发明的聚合物的方法为本领域所公知，并且可以包括使用本领域所公知的催化剂、助催化剂、和链支化剂，以便生产所述共聚物和三元聚合物。
例如，合适的聚酯可以含有大约1-3摩尔％的亚乙基-M-磺基-间苯二酸结构单位，其中，M是碱金属阳离子，正如在US5288553中所披露的；或者含有0.5-5摩尔％的5磺基-间苯二酸的乙醇酸锂盐，正如在US5607765中所披露的。本发明的长丝还可以用上述任意两种聚合物生产，以便制成并排阵列或鞘-芯阵列的所谓“双组分”长丝。特别有用的是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。PET可以通过下面所披露的DMT或TPA方法制备。还可以使用将要在下面详细介绍的链支化聚合物。
本发明的方法能生产出有用的旦尼尔分布偏差的纱线。旦尼尔分布偏差(DVA)是纱线端值旦尼尔变动的指标，它是通过计算沿纱线在规则的间隔上质量的变动而得出的。旦尼尔变动是通过让纱线通过一个电容器槽而测定的，该电容器槽能对该槽中的瞬时质量作出反应。将测试样品通过电子方式划分成8个30米长的小段，每隔0.5米测定一次。将所述8个小段的每一个上的最大和最小测定质量之间的差异加以平均。将旦尼尔分布偏差记为％DVA，它是所述平均差异除以沿着所述纱线的整个240米长度上的平均质量的百分比。测定可以是在购自Lenzing Technik(Lenzing，奥地利N-4860)的ACW400/DVA(自动切割和称重/旦尼尔变动装置)仪器上进行的。
低旦尼尔分布偏差是理想的，因为长丝的不均匀性会在长丝的下游加工中造成问题。另外，低旦尼尔分布偏差可以获得高的构造速度、着色均匀度、和由所述长丝制成的织物的胀量或覆盖均匀。本发明提供的纱线的DVA可以低于大约2.0，优选低于大约1.5，更优选低于大约1.2，最优选低于大约1.0。如图3和4所示，在保持其他条件不变的条件下，dpf(每根长丝的旦尼尔数)越低，可以获得的旦尼尔分布偏差就越低。
所述纱线可以用任何需要数量的长丝制成。如果dpf高于5，所述纱线优选由大约5-大约200根长丝组成，更优选大约8-大约100根长丝，最优选大约10-大约70根长丝。
在本发明的某些实施方案中，所述长丝的dpf高于大约3.4，优选在大约3.5-大约15.0的范围内，更优选大约4.0-大约12，最优选大约5.0-大约9.0dpf。不过，本发明不仅涉及降低高旦尼尔长丝纱线的旦尼尔分布偏差，而且还涉及降低低旦尼尔长丝纱线的旦尼尔分布偏差，例如，dpf低于大约3.5，低于大约2.0，或者低于大约1.0的长丝纱线，可能已经具备了可以接受的旦尼尔分布偏差。无论所述dpf是多少，通过适当选择诸如速度和聚合物粘度的加工条件，可以获得上述整个范围的DVA。
本发明人业已发现，旦尼尔分布偏差与聚合物的粘度相关。正如在实施例中所披露的以及在图3和4中所示出的，随着相对粘度的提高，聚合物长丝的旦尼尔分布偏差降低。因此，应当选择具有足够高LRV的聚合物，以便提供可接受的DVA。可以用任何理想方法提高熔体的粘度，如使用链支化剂生产所述聚合物，或者采用本领域所公知的其他聚合技术生产具有较高粘度的原始聚合物，如进一步聚合，以便增加聚合物链长。
另外，正如在例2中所披露的，气动纺丝和链支化剂的使用能在降低旦尼尔分布偏差方面产生协同作用，同时又可以使用高的速度，从而提高了产量。因此，本发明还涉及通过添加链支化剂和气动纺长丝的方式提高聚合物长丝的生产产量。
任何能提高聚合物熔体粘度，以便提供需要的旦尼尔分布偏差的链支化剂都可以使用。所述链支化剂可以在原始聚合物形成期间或之后添加，以便将粘度提高到理想水平。链支化剂是能够与单体或聚合物起反应以便提高聚合物粘度的任何制剂。它们通常是多功能化合物，含有3个或3个以上的官能团，如羟基、羧基或酯基。合适的链支化剂包括偏苯三酸三甲酯、季戊四醇、三聚酸、苯六甲酸、三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷、甘油、苯均三酸及其三功能酯、三羟甲基丙烷、硅酸四乙基酯、苯均四酸、间苯三酚、偏三羟基苯，和本领域已知的其他链支化剂。优选的链支化剂是这样的支化剂在加工和聚合期间，以单体形式具有足够的稳定性，而在成型、纺丝和进一步加工期间以聚合物形式具有足够的稳定性。有关有用的链支化剂的说明可以参见US3576773；4092299；4113704；4945151；5034174和5376735，以及Journal of Applied Poly.Science(Vol.74pp.728-734，1999)，以上所有文献都被收作本文参考。所述支链-聚合物可以通过本领域已知技术制备。在本发明的一种优选实施方案中，所述链支化剂包括偏苯三酸三甲酯。
在本发明的实施方案中，其中，所述聚合物长丝是聚对苯二甲酸乙二醇酯聚酯，所述长丝可以是通过本领域已知的任何合适的合成途径制备的。具体地讲，所述长丝可以通过用于制备聚对苯二甲酸乙二醇酯聚酯的两种主要合成途径中的任一种制备，这两种途径是(1)“DMT”，聚对苯二甲酸二甲酯与乙二醇的酯交换，和(2)“TPA”，聚对苯二甲酸与乙二醇的反应。本领域已知的任何合适的链支化剂都可应用于任何一种合成途径中。在不添加链支化剂的条件下，DMT聚合物通常具有适当高的粘度，因为DMT工艺所固有的不纯性产生了分支，从而提高了粘度。本发明的链支化剂是添加到所述工艺中的额外功能化合物，而不是DMT或TPA方法所固有的功能化合物。在一种优选实施方案中，其中所述链支化剂是偏苯三酸三甲酯，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯可以通过DMT或TPA途径中的任意一种制备。
可以将任何合适量的链支化剂用于在本发明中使用的聚合物中。合适的用量是能将所述化合物的相对粘度有效提高到相应于希望的旦尼尔分布偏差的相对粘度的用量。所述用量受长丝dpf、以及聚合物类型；和诸如纺丝速度的工艺参数的影响。例如，如果图3中所示的长丝需要大约1.0％的旦尼尔分布偏差的话，所述链支化剂的有效用量就是能将聚合物长丝的相对粘度提高到大约23.3LRV的用量。例如，可以使用大约100-10000ppm的交联剂。在一种优选实施方案中，其中，所述链支化剂是偏苯三酸三甲酯，所述聚合物是以每克聚合物大约0.085-0.23％重量百分比的偏苯三酸三甲酯(以聚合物的重量为基础)或每克聚合物大约3.4-9.1微当量的交联剂进行聚合的。
如果选择具有足够高的LRV的聚合物，并且制备具有足够低的dpf的长丝以便获得合适的DVA，就不再需要链支化剂。所述聚合物无论是或者不是链支化的，它的LRV优选高于大约22.0，或高于大约22.5或高于大约23.0，以便提供需要的旦尼尔分布偏差。
在本发明的方法中，使用已知技术通过喷丝头对所述聚合物进行熔纺。然后通过气动方法将纺成的长丝淬火。一般，气动淬火包括提供特定体积的冷却气体以便冷却所述聚合物长丝。任何气体都可以用作冷却介质。所述冷却气体优选是空气，因为空气可以方便地获得，不过，如果因为所述聚合物长丝的敏感性质，特别是热的刚挤出的长丝的需要的话，还可以使用其他气体，例如蒸汽或惰性气体，如氮气。
在气动纺丝中，所述冷却气体和长丝从一个导管中通过，其中，其通过速度是由一个卷绕辊控制的。其张力和温度是通过气体流量、控制气体速度的导管的直径或截面、以及导管的长度控制的。可以在沿所述导管方向上的一个或多个位置上导入冷却气体。优选通过采用收缩形或锥形截面或通过采用具有有限体积的导管对冷却气体进行加速，使其通过或排出所述淬火区。
气动淬火可以使纺丝速度超过大约3000mpm，例如，高于4000mpm，或高于5000mpm。可以使用的合适的气动纺丝方法和系统的例子披露于申请日为2000年4月12日的被收作本文参考的US5824248(`248号专利)，和同样被收作本文参考的美国专利申请系列号09/547854中。披露于背景部分的任何气动方法都可以使用。优选的实施方案包括披露于`248号专利中的一级方法和披露于09/547854中的二级方法。典型的一级方法如图1所示，典型的二级方法如图2所示。
尽管图1和2中的装置是环形的，但也可以将其改变成其他形状。如图1所示，一级气动淬火装置包括一个筒状外壳50，由它形成一个环形腔室52，通过一个设置在外壳50的筒形外壁51上的入口导管54向该腔室52中吹送压缩冷却气体。环形腔室52具有一个在环形腔室52底部与筒形内壁66连接的环形底板53，该底板位于筒形淬火筛网系统55的下面，该系统55构成了环形腔室52上部的内表面，压缩冷却气体通过该筛网系统径向向内吹送，从环形腔室52进入位于喷丝头表面17下面的区域18，刚从加热的喷丝头组件16中通过喷丝头表面17上的孔(未示出)中由加热的熔体挤出的仍然是熔融状态的一束长丝20从该区18通过，该喷丝头表面17位于外壳50的中央，并且从表面16a(喷丝头组件16的表面)凹陷，使外壳50贴在它上面。通过由环绕长丝的内壁66形成管的长丝20继续从区域18流出所述淬火系统，向下到达拉伸辊34，拉伸辊的表面速度被称为长丝20的拉出速度。
从筒状淬火系统55向下行进，所述长丝可以有效通过具有与筒状淬火系统55相同内径的短管71，并且优选通过一个锥形部分72，然后进入一个具有较小内径的管73，并且延伸到外壳50底部53的下面。可以改变冷却气体和长丝的相对速度，以便产生需要的结果。长丝20在离开管73之前优选业已变硬，在这种情况下，当长丝离开管73时，其速度就已经与拉伸辊34的拉出速度相同。
为所述管提供一个锥形入口72是一种选择性方案，不过，这是一种优选方案。相信为所述管提供合适的锥形入口，能够将冷却气体平缓加速，并且可以降低紊流。在所述管上采用了锥形入口，锥角为30°、45°和60°，最佳锥角取决于多种因素的组合。业已发现直径为大约1英寸(2.5厘米)的管在实践中非常实用。直径大约为1.25英寸(3.2厘米)的管也已经被成功地应用。所述管的顶部优选不要距离喷丝头太远。所述管的顶部应当距离所述管的项部大约80厘米或更少，并且优选不超过大约64厘米。
具有有限尺寸的管73的形状不仅需要具有圆形截面，而且还可以改变，特别是当挤压非圆形阵列的长丝时尤其如此。因此，举例来说，可以使用具有矩形、方形、椭圆形或其他截面形状的管。
在图1中示出了以下尺寸
A-淬火延迟高度，喷丝头表面17位于表面16a上方的高度；
B-淬火筛网高度，筒状淬火筛网系统55的高度(从表面16a延伸到内壁66的顶部)；和
C1-连接管高度，短管71的高度；
C2-连接锥体高度，锥形部分72的高度；
C3-管高度，具有限定直径的管73的高度，它能导致冷却气体加速离开区域18。
在图1中，长丝20在离开淬火系统之后，连续向下到达驱动辊34，该驱动辊沿长丝的路径从加热的喷丝头中拉伸长丝20，因此长丝在辊34上的速度与驱动辊34的表面速度相同(不考虑滑动)，该速度被称为拉出速度。按照传统做法(不过在附图中没有示出)在固体长丝20到达驱动辊34之前通常要在它上面涂修饰剂。
如图2所示，所述气动淬火系统可以包括两级，例如，在两个位置向所述长丝中导入气体，一个收缩部分116用于加速空气，和管119上的一个收缩/发散部分。第一级腔室105和第二级腔室106分别设置在外壳107的筒状内壁上。第一级腔室105适于位于喷丝头113下面，并且向长丝114输送气体，以便控制长丝114的温度。第二级腔室106位于第一级气体入口108和位于第一个气体流入口108下面的管119之间，以便在长丝114冷却时环绕在长丝114周围。由连接在筒状内壁103的第一级腔室105下部的环形板102分隔第一级腔室105和第二级腔室106。
由第一级气体入口108向第一级腔室105输送气体。类似地，由第二级气体入口109向第二级腔室106输送气体。应当注意的是，可以由一个气体入口向一个或多个腔室输送气体；并且气体入口的数量可以改变，以便灵活控制气体流量。可以通过分别由入口108和109输送压缩冷却气体，独立控制流向每一级的冷却气体。
包括一个或多个部件，优选包括一个筒状多孔的管和丝网管的筒状淬火筛网组件111位于第一级腔室105的中央。“多孔的管”是一种用于将气体流径向分布到一级中的装置。压缩冷却气体由第一级入口108向内吹送，通过第一级腔室105，并且通过筒状淬火筛网组件111进入在喷丝头113下面的筒状淬火筛网组件111的筒状壁的内部形成的区域112。一束熔融长丝114在通过喷丝头孔(未示出)挤出之后，从区域112中通过，在这里长丝114开始冷却。一个内壁103位于筒状淬火筛网组件111下面，并且位于第一级气体入口108和第二级气体入口109之间。在外壳107内部形成第一级收缩部分116，更具体地讲，在内壁103的内壁，在第一级气体入口108和第二级气体入口109之间形成该收缩部分。所述收缩部分可以位于该装置的任何部分，以便能加快气体的速度。所述收缩部分可以在所述管上向上或向下移动，以便获得需要的气体控制。可以存在一个或多个这样的收缩部分。在长丝114与第一级冷却气体通过第一级收缩部分116前长丝114从区域112通过内壁103的短的管状部分连续离开该淬火系统的第一级，冷却气体沿长丝运动方向加速运动，同时将长丝114连续冷却。
将一个筒状多孔的管117设置在第一级收缩部分116下面，并且位于第一级气体入口108和第二级气体入口109之间。筒状多孔的管117位于第二级腔室106的中央。不过，多孔的管117可以位于需要的位置上，以便为长丝提供需要的气体，例如，位于第二级气体入口下面。筒状内壁118位于筒状多孔的管117下面。通过强制气体通过筒状多孔的管117，由第二级输送入口109提供第二个冷却气体源。在第一级收缩部分116和第二级收缩部分126之间有一个由收缩部分116的内壁形成的管状部分125，其入口直径为D3，出口直径为D4，高度为L2。所述管状部分125和收缩部分116可以作为整体部件成型或者作为通过诸如螺纹的方式连接在一起的独立部件成型。
所述管状部分125可以如图2所示是垂直的，或者是锥形的。直径D2与D4的比例通常为D4/D2＜0.75，并且优选为D4/D2＜0.5。通过采用这样的比例，可以提高冷却空气的速度。第二级冷却气体通过第二级收缩部分入口126，该入口具有由第一级收缩部分116的管状部分125的出口和纺丝管119的入口所形成的直径D5。术语纺丝管被用来表示该装置的具有收缩/发散结构的部分。所述管的最后部分优选具有这样的结构。纺丝管119的上端位于筒状内壁118的内表面上。
在管119的内壁上形成长度为L3和出口直径为D6的第二级收缩部分126，随后是一个长度为L4的发散部分127，该部分同样设置在管119的内壁上。该部分延伸到管119的末端，其出口直径为D7。长丝114通过该出口直径D7离开管119，并且由辊104卷绕，该辊的表面速度被称为长丝114的拉出速度，该速度可以根据需要加以改变。优选以高于3500mpm的表面速度驱动辊104。在第二级收缩部分126中，合并的第一级和第二级气体在长丝运动方向上的平均速度提高，然后当冷却气体通过发散部分127运动时速度降低。第二级冷却气体在第二级收缩部分126中与第一级冷却气体汇合，以便帮助长丝冷却。可以独立地控制流向入口108和109的冷却气体的温度和流量。
在纺丝管119出口处可以选择性地安装一个收缩的筛网120或具有多孔的壁的扩散器锥体。允许冷却气体从所述扩散器锥体120的多孔的壁中排出，这样可以降低沿长丝运动方向的出口气体速度和紊流。可以利用扩散器锥体120的变化来降低作用在长丝114上的紊流。长丝114可以通过收缩筛网120的出口喷头123离开纺丝管119，并且通过一个辊104在这里卷绕长丝114。
在图2中示出了以下尺寸
A-淬火延迟高度是喷丝头表面和外壳107贴在其上的凸模坯料下表面122之间的高度差；
B-淬火筛网高度是筒状淬火筛网组件111的垂直高度；
L1-第一级收缩部分长度；
L2-第一级管长度；
D1-第一级收缩部分入口直径；
D2-第一级收缩部分出口直径；
D3-第一级收缩部分管状部分入口直径；
D4-第一级收缩部分管状部分出口直径；
D5-第二级收缩部分入口直径；
D6-第二级收缩部分出口直径；
D7-第二级发散部分出口直径；和
L5-选择性的收缩筛网长度。
能够以大气压力或提高的压力将气体分别导入108和109。另外，还可以高于大气的压力迫使气体进入第一级气体入口108，使得气体被吸入第二级气体入口109。可以将相同的或不同的气体导入第一级气体入口108和第二级气体入口109。
正如在美国专利申请系列号09/547854中所披露的，可以使用两级装置的变型。例如，所述装置可以具有两个或两个以上气体入口，以及一个或一个以上气体出口。另外，管119可以是一个直管，并且不包括收缩/发散部分。唯一重要的是，该装置具有至少一个收缩部分，以便将冷却气体加速。
图6中的延迟部分A可以是未加热的或加热的延迟部分(通常被称为退火器)。该延迟部分的长度和温度可以改变，以便提供需要的长丝冷却速度。
在淬火之后，可以用本领域公知技术将所述长丝汇聚、交织并缠绕成多长丝束。任何需要的缠绕方法都可以使用，如通过使用摩擦驱动的缠绕器或锭子驱动的缠绕器进行缠绕。例如，可以将纱线缠绕在由Barmag AG(Remscheid-Lennep，德国)生产的多端、自动化转移、转动架卷绕装置上。
可以将生产的长丝制成多长丝、纱线、织物和其他制品。
代表本发明的长丝的特征的性能按以下方法测定
拉伸张力(DT)，以克为单位，是以1.7倍的拉伸比，并且在180℃的加热器温度下测定的。用拉伸张力作为定向参数。拉伸张力可以用同样由Lenzing Technik出售的DTI400拉伸张力仪器测定。
抗拉强度(Ten)是，用在断裂点上的以克为单位的负荷除以旦尼尔测定的。伸长率(％E)是在断裂点上纱线长度增加的百分比。Ten和％E是按照ASTM D2256，使用10英寸(25.4厘米)计量长度的样品，在65％相对湿度和70的温度下，以每分钟60％的伸长率比测定的。
DVA％是按照前面披露的方法测定的。Q1/Q2是用Brandt B-NZP1000系列气体流量传感器测定的以每分钟立方英尺(CFM)为单位的流入图2所示腔室105和106的体积空气流量。
％U是按以下方法测定的可以使用由Zellweger Uster AG CH-8610(Uster，瑞士)生产的C型Uster测试仪3测定测试纱线的均匀度％或质量值的线性不规则性。该百分比表示相对测试样品的平均质量的质量偏移数量，并且是总体材料均匀度的有效指标。测试可以按照ASTM方法D1425进行。调整tester’s Rotofil加捻装置，以便对所述纱线进行S捻，并调整其压力，以便获得最佳U％。
U％CV是由所述质量平均值标准化的质量变动的偏差的平方根，并且以百分比形式表示。与均匀度类似，它是纱线端值质量或旦尼尔变动性的指标。
实验室相对粘度(LRV)表示聚合物溶液的绝对粘度与溶剂的绝对粘度的比例，或在25℃下，聚合物溶液和溶剂在Cannon-Fenske粘度计(200号)中的流出时间的比例。聚合物溶液在25℃下的浓度为8％重量/体积(4.75％重量/重量)。所使用的溶剂是含有100ppm硫酸的六氟异丙醇。
旦尼尔或线性质量是9000米长的纱线的以克为单位的重量。旦尼尔是通过将一定长度的纱线(通常为45米)从一个多长丝纱线包中输送到一个旦尼尔卷绕器上，并且在一台天平上称重测定的，精确到0.001克。最后用所测定的45米长的纱线的重量计算旦尼尔。纱线旦尼尔是使用Lenzing Technik ACW400/DVA(自动化切割和称重/旦尼尔变动附件)仪器测定的。在水中的P1/P2分别是用Alnor ModelS30微压计在图2中的腔室105和106的壁上测定的第一级和第二级压力。P1/P2是相对于大气压的实际表压。
模块温度是环绕用于在纺丝计量泵和喷丝头组件之间输送聚合物的金属模块的加热腔室中的道氏热载体加热的蒸汽的温度。
聚合物温度是在纺丝板前面的熔体池中的聚合物温度的热偶读数。
将通过以下非限定性实施例对本发明作进一步说明。
实施例
例1
聚合物粘度对低旦尼尔和高旦尼尔长丝旦尼尔分布偏差的影响
在该实验中，利用上面所披露的、以及结合图2所说明的二级气动淬火系统，对按照DMT方法制备的以下通过商业渠道获得的聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物进行熔纺(1)127旦-34长丝(127-34)，相对粘度(LRV)为23.2，(2)127旦-34长丝(127-34)，LRV为21.8，(3)265旦-34长丝(265-34)，LRV为23.3，(4)265旦-34长丝(265-34)，LRV为21.8。所述长丝具有圆形横截面。所使用的聚合物是由E.I.DuPont Crystar，Old Hickory，TN提供的DMTCrystar3956(3956)和DMT Crystar3915(3915)。所生产的长丝是部分定向的。
所使用的相关加工参数和长丝特征如表1所示。在美国专利申请系列号09/547854的例1中披露了这种淬火装置的其他特征。例B、D和F是证实低粘度对旦尼尔分布偏差的负面影响的对照实施例。第一对长丝A和B是表示127旦/34长丝随着相对粘度提高，旦尼尔分布偏差(DVA)降低的比较。这种关系以旦尼尔分布偏差％与相对粘度的曲线图形式表示在图3中。
第二对长丝C和D是表示265旦/34长丝随着相对粘度提高，旦尼尔分布偏差降低的比较。
第二对长丝还可以与第三对长丝E和F进行比较，以便说明可以用较低的纺丝速度获得更低的旦尼尔分布偏差。E和F以旦尼尔％与相对粘度的曲线图形式在图4中示出。因此，提高LRV，会略微降低纺丝速度，该速度可以使用(仍然高于传统方法的纺丝速度)，不过，会大大降低旦尼尔分布偏差。
例2
聚合物粘度对高旦尼尔长丝的旦尼尔分布偏差的影响
为了证实提高粘度对高旦尼尔聚合物长丝的旦尼尔分布偏差的影响，通过上文所披露的和结合图2所说明的二级气动淬火方法对聚合物进行熔纺。前4种聚合物在披露于美国专利申请系列号09/547854的例1中的装置上淬火。第五种聚合物在同一种装置上纺出，不过该装置具有一个6″×1″的一级锥体，以便第一级管的高度L2为6。将下面四种通过商业渠道获得的聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物制成265旦-34长丝，圆形横截面的聚合物长丝(1)TPA聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)聚合物是从中国的义征化学纤维有限公司获得的，(2)DMT Crystar3956聚合物，(3)从杜邦苏州聚酯有限公司(新区，苏州，江苏，中国)获得的TPA聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物，和(4)第二种DMT Crystar3956PET聚合物。聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物是使用PTA聚合方法在杜邦聚酯技术的技术实验室中聚合的，同时使用了大约856ppm的偏苯三酸三甲酯链支化剂。所有Crystar聚合物都是从E.I.DuPont Crystar Old hickory，Tennessee获得的。
所使用的相关加工参数和长丝特征如表2所示。表2表明，在不使用链支化剂的情况下，提高粘度可以产生降低了的旦尼尔分布偏差。所有长丝都是部分定向的，并且要作进一步的构造。如表2所示，通过使用链支化剂，可以获得良好的旦尼尔分布偏差，同时能保持高的纺丝速度，因为没有必要像不使用链支化剂的时候那样将粘度提高那么多。具体地讲，具有链支化剂的TPA聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物能提供旦尼尔分布偏差为大约1.61％DVA的低旦尼尔分布偏差的聚合物长丝。该旦尼尔分布偏差低于在不使用链支化剂的情况下用TPA和TMP聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物所获得的旦尼尔分布偏差，甚至具有高于链支化聚酯的LRV。另外，如表2所示，具有链支化剂的TPA聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物可以较高的纺丝速度熔纺，而仍然能提供具有低旦尼尔分布偏差的长丝。
例3
拉伸张力％CV对单级气动淬火的影响
为了确定使用链支化剂和气动淬火的影响，使用上文所述并结合图1所披露的单级淬火系统生产长丝。127旦-34长丝聚对苯二甲酸乙二醇酯长丝是通过所述气动纺丝系统纺制(i)来自Crystar的DMTPET均聚物和(ii)含有链支化剂的PET而获得的。含有链支化剂的PET与例2中所使用的PET相同。
对于表3所示的第一种长丝来说，使用图1所示的气动淬火系统，A＝1.0″，B＝5.5″，C1＝2.5″，C2＝2.0″，C3＝15.0″，而喷丝头到管出口＝26.0″，管73＝1.0″。对于表3所示的第二种长丝来说，使用图1所示的气动淬火系统，A＝1.0″，B＝5.5″，C1＝3.0″，C2＝0.0″，C3＝15.0″，喷丝头到管出口＝24.5，而管73＝1.0″。
所使用的相关加工参数和长丝特征示于表3中。如表3所示，使用链支化剂生产的聚合物所制成的长丝能产生明显降低的％CV，并且能够以较高的纺丝速度纺丝。％CV被定义为由样品平均值标准化的样品偏差的平方根，并且以百分比形式表示。样品平均值是通过用每一次观察值的总和除以总样品数量而测定的。因此，％CV越低，就意味着长丝越均匀。因此，使用交联剂来提高粘度，能在单级气动系统中产生更均匀的产品。
尽管上文业已出于说明目的对本发明进行了详细说明，应当理解的是，在不超出由以下权利要求书所限定的本发明的精神和范围的前提下，技术人员可以作出各种改进和改变。


披露了一种通过使用具有高粘度的聚合物生产具有低旦尼尔分布偏差的诸如聚酯的聚合物长丝的方法。所述长丝可用于生产纱线和其他制品。