Высокопрочные полиэфирные нити и способ их получения
Номер патента: 4441
Опубликовано: 29.04.2004
Авторы: Швинд Хельмут, Вандель Дитмар, Мрозе Вернер, Циоллек Йоахим, Уде Вернер, Янас Вольфганг
Формула / Реферат
1. Высокопрочные полиэфирные нити с прочностью при разрыве >70 сН/текс, отличающиеся тем, что они состоят из
a) полиэфира, который содержит, как минимум, 85 мол.% поли(C2-C4-алкилен)терефталата,
b) от 0,1 до 2,0 вес.% несмешиваемого, термопластически перерабатываемого, аморфного добавочного полимера, который имеет температуру стеклования от 90 до 170шC, и
g) от 0 до 5,0 вес.% обычных добавочных веществ,
причем сумма из a), b) и g) равна 100%, отношение вязкости расплава добавочного полимера b) к вязкости расплава полиэфирного компонента a) составляет от 1:1 до 7:1 и добавочный полимер b) представлен в нитях в форме фибрилл, распределенных в полиэфирном компоненте a), со средним диаметром _ 80 нм.
2. Высокопрочные полиэфирные нити по п.1, отличающиеся тем, что отношение вязкостей расплавов составляет от 1,5:1 до 5:1.
3. Высокопрочные полиэфирные нити по пп.1 и 2, отличающиеся тем, что добавочный полимер b) представляет собой сополимер, который содержит следующие мономерные единицы:
A = акриловая кислота, метакриловая кислота или CH2=CR-COOR', причем R означает H-атом или CH3-группу и R' означает C1-15-алкильный радикал, или C5-12-циклоалкильный радикал, или C6-14-арильный радикал, и
B = стирол или C1-3-алкилзамещенные стиролы,
причем сополимер состоит от 60 до 98 вес.% из A и от 2 до 40 вес.% из B (сумма = 100 вес.%).
4. Высокопрочные полиэфирные нити, по п.3, отличающиеся тем, что сополимер состоит от 83 до 98 вес.% из A и от 2 до 17 вес.% из B (сумма =100 вес.%).
5. Высокопрочные полиэфирные нити по п.3 или 4, отличающиеся тем, что сополимер состоит от 90 до 98 вес.% из A и от 2 до 10 вес.% из B (сумма = 100 вес.%).
6. Высокопрочные полиэфирные нити по п.1 или 2, отличающиеся тем, что добавочный полимер b) представляет собой сополимер, который содержит следующие мономерные единицы:
C = стирол или C1-3-алкилзамещенные стиролы,
D = один или несколько мономеров формулы I, II или III
причем R1, R2 или R3 означают каждый H-атом, или C1-15-алкильный радикал, или C5-12-циклоалкильный радикал, или C6-14-арильный радикал, причем сополимер состоит от 15 до 95 вес.% из C и от 5 до 85 вес.% из D, причем сумма C и D равна 100%.
7. Высокопрочные полиэфирные нити по п.6, отличающиеся тем, что сополимер состоит от 50 до 90 вес.% из C и от 10 до 50 вес.% из D, причем сумма C и D равна 100%.
8. Высокопрочные полиэфирные нити по п.6 или 7, отличающиеся тем, что сополимер состоит от 70 до 85 вес.% из C и от 30 до 15 вес.% из D, причем сумма C и D равна 100%.
9. Высокопрочные полиэфирные нити по п.1 или 2, отличающиеся тем, что добавочный полимер b) представляет собой сополимер, который содержит следующие мономерные единицы:
E = акриловая кислота, метакриловая кислота или CH2=CR-COOR', причем R означает H-атом или CH3-группу и R' означает C1-15-алкильный радикал или C5-12-циклоалкильный радикал, или C6-14-арильный радикал и
F = стирол или C1-3-алкилзамещенные стиролы,
G = один или несколько мономеров формулы I, II или III
причем R1, R2 или R3 означают каждый H-атом или C1-15-алкильный радикал, или C5-12-циклоалкильный радикал, или C6-14-арильный радикал,
H = один или несколько ненасыщенных мономеров, содержащих этиленовые группы, которые могут быть сополимеризованы с E и/или с F, и/или с G, из группы, состоящей из a-метилстирола, винилацетата, эфиров акриловой кислоты, эфиров метакриловой кислоты, которые отличаются от E, винилхлорида, винилиденхлорида, галогензамещенных стиролов, виниловых эфиров, изопропениловых эфиров и диенов,
причем сополимер состоит от 30 до 99 вес.% из E, от 0 до 50 вес.% из F, от >0 до 50 вес.% из G и от 0 до 50 вес.% из H, причем сумма E, F, G и H вместе составляет 100%.
10. Высокопрочные полиэфирные нити по п.9, отличающиеся тем, что сополимер состоит от 45 до 97 вес.% из E, от 0 до 30 вес.% из F, от 3 до 40 вес.% из G и от 0 до 30 вес.% из H, причем сумма E, F, G и H вместе составляет 100%.
11. Высокопрочные полиэфирные нити по п.9 или 10, отличающиеся тем, что сополимер состоит от 60 до 94 вес.% из E, от 0 до 20 вес.% из F, от 6 до 30 вес.% из G и от 0 до 20 вес.% из H, причем сумма E, F, G и H вместе составляет 100%.
12. Способ получения высокопрочных полиэфирных нитей по пп.1-11, отличающийся тем, что
а) полиэфир a), который содержит, как минимум, 85 мол.% поли(C2-C4-алкилен)терефталата, и
от 0,1 до 2,0 вес.% несмешивающегося, термопластически перерабатываемого, аморфного добавочного полимера b), который имеет температуру стеклования в области от 90 до 170шC, причем отношение вязкости расплава добавочного полимера b) к вязкости расплава полиэфирного компонента a) составляет от 1:1 до 7:1,
причем они могут содержать от 0 до 5,0 вес.% добавочных веществ g),
перемешивают в расплавленном состоянии в статическом смесителе со сдвигом, причем скорость сдвига составляет от 16 до 128 с-1, а произведение скорости сдвига на 0,8 степень времени нахождения в смесителе в секундах устанавливают на величину, как минимум, 250;
б) из перемешанного расплава со стадии а) формуют нити, причем скорость формования нити составляет от >700 до 1500 м/мин; и
в) формованные нити со стадии б) подвергают вытяжке, термофиксируют и наматывают, причем относительная вытяжка составляет, как минимум, 1:5.
13. Способ получения высокопрочных полиэфирных нитей по п.12, отличающийся тем, что скорость формования нитей составляет от 750 до 1000 м/мин.
14. Способ получения высокопрочных полиэфирных нитей по одному из пп.12 или 13, отличающийся тем, что концентрацию C добавочного полимера выбирают в области от 0,1 до 2,0 вес.% таким образом, чтобы двойное лучепреломление формованных нитей было <3,5Ч 10-3.
Текст
1 Изобретение относится к высокопрочным полиэфирным нитям с прочностью при разрыве 70 сН/текс и к способу получения этих нитей. Высокопрочные нити из полиэтилентерефталата и способы их получения известны давноMnchen [1995] 584 - 586; патенты US 3758658,US 4374797 и US 4461740). Высокопрочные нити должны обладать особыми свойствами, прежде всего высокой прочностью при разрыве, малым разрывным удлинением и малым числом дефектов нити. Выполнение этих требований технологически связано с применением высокой относительной вытяжки, как минимум, 1 : 5 при получении сырьевых нитей. Однако у более высокой относительной вытяжки имеются пределы, когда нить при вытяжке повреждается и возникают разрывы нити. Чем выше скорость производства, тем ниже лежит эта граница. Техническое и хозяйственное значение процесса формования нити с вытяжкой при высоких скоростях производства можно оценивать положительно, однако только в том случае, если одновременно не ухудшаются текстильные качества нитей, а напротив еще улучшаются. Так скорость формования нитей при коммерческих способах ограничена максимум 700 м/мин, как правило, от 500 до 600 м/мин. При этом скорость намотки составляет в соответствии с относительной вытяжкой от свыше 2500 до ниже 3800 м/мин. Далее из патента WO 99-07927 А 1 известно, что разрывное удлинение при скоростях формования нити, как минимум, 2500 м/мин,предпочтительно от 3000 до 6000 м/мин у формованных предварительно ориентированных полиэфирных филаментов (POY) при добавлении аморфных, термопластически перерабатываемых сополимеров на основе стирола, акриловой кислоты и/или малеиновой кислоты, соответственно их производных, может быть повышено по сравнению с разрывным удлинением полиэфирных филаментов без добавок, формованных при тех же условиях. Однако процесс нельзя перенести на формованные нити, полученные при скорости формования нити меньше 2500 м/мин, так как эти по сравнению с предварительно ориентированными (POY) волокнами мало кристалличны ( 12%), мало ориентированы (двойное лучепреломление 2510-3) и имеют высокое разрывное удлинение ( 225%). Данные по получению высокопрочных нитей в интегрированном процессе формования и вытяжки отсутствуют. В патенте ЕР 0047464 В описаны полиэфирные нити, не подвергнутые вытяжке, причем добавлением от 0,2 до 10 вес.% полимера типа - (CH2-CR1R2)n, такого как поли(4-метил-1 пентен) или полиметилметакрилат, достигнута повышенная производительность в связи повышением разрывного удлинения формованной 2 нити при скоростях между 2500-8000 м/мин. Необходима тонкая и равномерная дисперсия добавочного полимера в результате перемешивания, причем диаметр частиц должен составлять 1 мкм, во избежание образования фибрилл. Определяющим для действенности должно быть взаимодействие трех свойств - химической структуры добавочного полимера, которая едва допускает вытягивание молекулы добавочного полимера, малой подвижности и смешиваемости полиэфира и добавочного полимера. В патенте ЕР 0631638 описаны волокна, в которых преобладает ПЭТ (полиэтилентерефталат), содержащий от 0,1-5 вес.% алкильного эфира полиметакриловой кислоты, имидизованного на 50-90%. Волокна, полученные при скоростях 500 - 10000 м/мин и затем подвергнутые окончательной вытяжке должны обнаруживать более высокий начальный модуль. В примерах для промышленных нитей влияние на модуль не удается убедительно установить; вообще достигнутые прочности низки, что является существенным недостатком этого продукта. Специалистам также известно, что при одинаковых условиях формования и вытяжки изменение вклада релаксации может отрицательно повлиять на прочность при разрыве. На практике термическую усадку таких высокопрочных нитей устанавливают по относительной релаксации в зависимости от области технического применения. При этом, увеличивая относительную релаксацию, понижают термическую усадку, а также и прочность на разрыв, и величину LASE 5, в то время как разрывное удлинение возрастает. Задача данного изобретения состоит в получении высокопрочных полиэфирных нитей с прочностью на разрыв 70 сН/текс, а также в создании способа их получения, при котором могут быть применены скорости формования нитей и скорости намотки на шпули, лежащие отчетливо выше скоростей, соответствующих уровню техники. Особенно при относительной релаксацииRR0,97 прочности на разрыв должны быть 80 сН/текс, при относительной релаксации 0,95RR0,97 прочности на разрыв должны быть 77 сН/текс, при относительной релаксации RR0,95 прочности на разрыв должны быть 70 сН/текс. Решение этой задачи осуществляют, согласно изобретению, с помощью высокопрочных полиэфирных нитей, а также способа их получения, согласно сведениям формулы изобретения. Под полиэфиром здесь понимают поли(С 2-4 алкилен)-терефталаты, которые могут содержать до 15 мол. % других дикарбоновых кислот и/или диолов, например, такие как изофталевая кислота, адипиновая кислота, диэтиленгликоль, полиэтиленгликоль, 1,4-циклогександиметанол или любые другие С 2-4-алкиленгликоли. Предпочтителен полиэтилен 3 терефталат с характеристической вязкостью (Х.В.) в области от 0,8 до 1,4 дл/г, полипропилентерефталат с Х.В. от 0,9 до 1,6 дл/г и полибутилентерефталат с Х.В. от 0,9 до 1,8 дл/г. Обычные добавочные вещества, такие как красители, матирующие средства, стабилизаторы, антистатики,средства для улучшения переработки, средства для разветвления могут быть добавлены к полиэфиру или к смеси полиэфир -добавочный полимер в количествах от 0 до 5 вес.%, не вызывая отрицательного воздействия. Согласно изобретению, к полиэфиру добавляют сополимер в количестве от 0,1 до 2,0 вес.%, причем сополимер аморфный и должен быть в значительной степени нерастворимым в полиэфирной матрице. По существу оба полимера несмешиваемы между собой и образуют две фазы, которые можно различить под микроскопом. Кроме того, у сополимера должна быть температура стеклования (определяемая с помощью ДСК при скорости нагревания 10 С/мин) от 90 до 170 С и он должен быть термопластически перерабатываемым. Вязкость расплава сополимера при этом следует выбирать таким образом, чтобы отношение вязкости его расплава, экстраполированной на время измерения, равное нулю, измеренной при скорости осцилляции 2,4 Гц и температуре, равной температуре плавления полиэфира плюс 34,0 С (для полиэтилентерефталата 290 С), к вязкости расплава полиэфира, измеренной при тех же условиях, составляло от 1 : 1 до 7 : 1. То есть вязкость расплава сополимера,как минимум, равна или, предпочтительно,больше чем у полиэфира. Только через выбор специфического отношения вязкостей добавочного полимера и полиэфира достигается оптимальная степень эффективности. При оптимизированном таким образом отношении вязкостей возможна минимизация количества добавочного полимера, в результате чего рентабельность способа становится особенно высокой. Неожиданно выяснилось, что отношение вязкостей, установленное согласно изобретению как идеальное для применения полимерных смесей для получения высокопрочных нитей, оказалось выше области, которая указывается в литературе как благоприятная для смешивания двух полимеров. В противоречии с уровнем техники полимерные смеси с высокомолекулярными сополимерами замечательно формуются. В связи с высокой энергией активации текучести добавочных полимеров отношение вязкостей после выхода полимерной смеси из формующей фильеры в области формования нити еще сильно возрастает. При этом энергия активации текучести (Е) служит мерой скорости изменения нулевой вязкости в зависимости от изменения температуры измерения, причем нулевая вязкость является вязкостью, экстраполированной на скорость сдвига, равную нулю. (М.und Elastomere, VDI-Verlag, Duesseldorf (1995),стр. 256 ff.). Выбором благоприятного отношения вязкостей достигают особенно плотного распределения по размерам частиц добавочного полимера в полиэфирной матрице, а комбинируя отношение вязкостей с энергией активации текучести, значительно большей чем у полиэфира (ПЭТ около 60 кДж/моль), то есть больше чем 80 кДж/моль, получают фибриллярную структуру добавочного полимера в формованной нити. Высокая по сравнению с полиэфиром температура стеклования приводит к быстрому отверждению фибриллярной структуры в формованной нити. Максимальные размеры частиц добавочного полимера при этом непосредственно после выхода из фильеры равны около 1000 нм, тогда как средние размеры частиц равны 400 нм или меньше. После растягивания ниже формующей фильеры и вытяжки образуются фибриллы со средним диаметром 80 нм. Отношение вязкости расплава сополимера к таковой полиэфира составляет при вышеназванных условиях от 1,5 : 1 до 5 : 1. При этих условиях средний размер частиц добавочного полимера составляет непосредственно после выхода из формующей фильеры 120 - 300 нм, и образуются фибриллы со средним диаметром около 40 нм. Добавочные полимеры, добавляемые к полиэфиру согласно изобретению, обнаруживая вышеуказанные свойства, могут иметь различный химическое строение. Предпочтительно используют три различных типа сополимеров, а именно: 1. Сополимер, который содержит следующие мономерные единицы: А = акриловая кислота, метакриловая кислота или СН 2 = CR -COOR', причем R означает Н-атом или СН 3-группу и R' означает C1-15 алкильный радикал или C5-12-циклоалкильный радикал, или С 6-14-арильный радикал и В = стирол или C1-3-алкилзамещенные стиролы,причем сополимер состоит от 60 до 98 вес.% из А и от 2 до 40 вес.% из В, предпочтительно от 83 до 98 вес.% из А и от 2 до 17 вес.% из В и, особо предпочтительно от 90 до 98 вес.% из А и от 2 до 10 вес.% из В (сумма=100 вес.%). 2. Сополимер, который содержит следующие мономерные единицы: С = стирол или C1-3 алкилзамещенные стиролы, D = один или несколько мономеров формулы I, II или III причем R1, R2 или R3 означают Н-атом, или C1-15 алкильный радикал, или C5-12-циклоалкильный радикал, или C6-14-арильный радикал,причем сополимер состоит от 15 до 95 вес.% из С и от 5 до 85 вес.% из D, предпочти 5 тельно от 50 до 90 вес.% из С и от 10 до 50 вес.% из D и, особо предпочтительно от 70 до 85 вес.% из С и от 15 до 30 вес.% из D, причем сумма С и D вместе составляет 100%. 3. Сополимер, который содержит следующие мономерные единицы: Е = акриловая кислота, метакриловая кислота или СН 2 = CR -COOR', причем R означает Н-атом или СН 3-группу и R' означает C1-15 алкильный радикал, или C5-12-циклоалкильный радикал, или С 6-14-арильный радикал иF = стирол или C1-3-алкилзамещенные стиролы,G = один или несколько мономеров формулы I, II или III причем R1, R2 или R3 означают Н-атом, или C1-15 алкильный радикал, или С 5-12-циклоалкильный радикал, или С 6-14-арильный радикал,Н = один или несколько ненасыщенных мономеров, содержащих этиленные группы,которые могут быть сополимеризованы с Е и/или с F, и/или с G, из группы, состоящей из метилстирола, винилацетата, эфиров акриловой кислоты, эфиров метакриловой кислоты, которые отличаются от Е, винилхлорида, винилиденхлорида, галогензамещенных стиролов, виниловых эфиров, изопропениловых эфиров и диенов, причем сополимер состоит от 30 до 99 вес.% из Е, от 0 до 50 вес.% из F, 0 до 50 вес.% из G и от 0 до 50 вес.% из Н, предпочтительно от 45 до 97 вес.% из Е, от 0 до 30 вес.% из F, от 3 до 40 вес.% из G и от 0 до 30 вес.% из Н и,особо предпочтительно от 60 до 94 вес.% из Е,от 0 до 20 вес.% из F, от 6 до 30 вес.% из G и от 0 до 20 вес.% из Н, причем сумма Е, F, G и Н вместе составляет 100%. В случае компонента Н имеют в виду необязательный компонент. Хотя преимущества, которые следует достигнуть, согласно изобретению,уже достигаются сополимерами, которые содержат компоненты из групп от Е до G, преимущества,достижимые согласно изобретению, проявляются и тогда, когда в сополимере, подлежащем применению согласно изобретению, принимают участие другие мономеры из группы Н. Компонент Н предпочтительно выбирают так, чтобы он не оказывал отрицательное влияние на свойства сополимера, подлежащего применению согласно изобретению. Компонент Н,наряду с другими, может быть использован для того, чтобы модифицировать свойства полимера желательным образом, например, повысить или улучшить текучие свойства, когда сополимер нагревают до температуры плавления, или уменьшить остаточную окраску в сополимере,или при применении полифункционального мономера, добиться чтобы таким путем и спосо 004441 6 бом ввести в полимер определенную меру сшивки. Наряду с этим, Н можно выбирать таким образом, чтобы сополимеризация компонентов от Е до G вообще только тогда стала возможной или поддерживалась, как в случае сMSA и ММА, которые сами не сополимеризуются, однако при добавлении третьего компонента, такого как стирол, сополимеризуются без проблем. К мономерам, подходящим для этой цели,относятся среди других виниловый эфир, эфиры акриловой кислоты, например, метил- и этилакрилат, эфиры метакриловой кислоты, которые отличаются от метилметакрилата, например,бутилметакрилат и этилгексилметакрилат, винилхлорид, винилиденхлорид, стирол, метилстирол и различные галогензамещенные стиролы, виниловый и изопропениловый эфир,диены, как например, 1,3-бутадиен и дивинилбензол. Уменьшение окрашивания полимера особенно предпочтительно можно осуществить введением мономера, богатого электронами,как, например, винилового эфира, винилацетата,стирола или -метилстирола. Особенно предпочтительны среди соединений компонента Н ароматические винильные мономеры, как например, стирол и -метилстирол. Получение сополимеров, подлежащих применению согласно изобретению, само по себе известно. Они могут быть получены при полимеризации веществ, растворов, суспензий или эмульсий. Полезные указания относительно полимеризации веществ приведены в HoubenWeyl, том Е 20, часть 2 (1987), стр. 1145ff. Указания по полимеризации растворов приведены на стр 1149ff, в то время как полимеризация эмульсий приведена и поясняется там же на стр. 1150 ff. Особенно предпочтительны в рамках изобретения бисерные полимеризаты, размеры частиц которых лежат в особенно благоприятном интервале. Сополимеры, применяемые согласно изобретению, например, при примешивании к расплаву волокнистых полимеров, предпочтительно имеют форму частиц со средним диаметром от 0,1 до 1,0 мм. Однако можно использовать и большие или меньшие бисеринки или грануляты, при этом меньшие бисеринки предъявляют особые требования к логистике, такой как подача и сушка. Имидизованные типы сополимеров 2 и 3 могут быть получены как из мономеров при применении мономерного имида, так и при последующей полной или, предпочтительно частичной имидизации сополимера, содержащего соответствующее производное малеиновой кислоты. Эти добавочные полимеры получают,например, при полном или, предпочтительно,частичном превращении соответствующего полимера в фазе расплава под воздействием аммиака или первичного алкил- или ариламина, 7 например, анилина (Encyclopedia of PolymerScience and Engineering Vol. 16 [1989], WileyVerlag, стр. 78). Все сополимеры, согласно изобретению, а также их неимидизованные исходные сополимеры имеются в продаже или могут быть получены по способам, которые известны специалистам. Количество сополимера, который надо добавить к полиэфиру, составляет от 0,1 до 2,0 вес.%, причем часто достаточно количества добавки менее 1,5 вес.%. Предпочтительно выбирают концентрацию добавочного полимера в интервале от 0,1 до 2,0 вес.% в зависимости от нужной скорости формования нити ( 700-1500 м/мин), выбирают так, чтобы двойное лучепреломление формованной нити было 3,510-3. Такое двойное лучепреломление у формованной нити позволяют относительные вытяжки 1 : 5 и гарантируют желательные прочности нитей независимо от скорости формования нити вплоть до 1500 м/мин при скоростях наматывания на шпули тоже отчетливо выше 3800 м/мин. В этом случае концентрацию добавочного полимера определяют экспериментально в предварительных опытах при условиях производства, как описано ниже. Специалисту известна необходимая относительная вытяжка, которая необходима для получения высокой прочности на разрыв при скорости формования нити v0 для определенного полимера, не содержащего добавочного полимера, при конкретных условиях формования нити и вытяжки. Ему известно и двойное лучепреломление нити при этом процессе, соответственно, он может их определить. Если же ему необходимо осуществлять процесс при более высоких скоростях, то ему необходимо определить концентрацию добавочного полимера, при которой формованная нить показывает то же двойное лучепреломление, что и нить, формованная при v0 без добавочного полимера. Для этого определяют двойное лучепреломление при большей скорости формования нитей для примерно 4 концентраций добавочного полимера в интервале от 0,1 до 1,5 % и из графического представления этой зависимости определяют интерполяцией необходимую концентрацию. Перемешивание добавочного полимера(сополимера) с матричным полимером осуществляют при добавлении в виде твердого вещества к стружкам матричного полимера в приемнике экструдера со смесителем для стружек или с гравиметрической дозировкой, или альтернативно при расплавлении добавочного полимера,дозировании шестеренчатым насосом и подаче в поток расплава матричного полимера. Возможна и техника маточной смеси, причем добавочный полимер существует в виде концентрата в полиэфирных стружках, которые позднее в твердом или в расплавленном состоянии добавляют к матричному полиэфиру. Добавление к 8 частичному потоку матричного полимера, который затем примешивают к главному потоку матричного полимера также практически возможно. Затем осуществляют гомогенное распределение при перемешивании с помощью статического смесителя. Предпочтительно специфическим выбором смесителя и времени процесса перемешивания устанавливают определенное распределение частиц до того, как расплавленная смесь подается через распределительные продуктотрубопроводы к отдельным местам формования нитей и фильерам. Смесители со скоростью сдвига от 16 до 128 с-1 оправдали себя. При этом произведение скорости сдвига (с-1) и 0,8 степени времени нахождения (в сек) должно быть равно, как минимум, 250, предпочтительно от 350 до 1250. Величин свыше 2500, как правило, избегают, для того чтобы падение давления в трубопроводах поддерживать в пределах. При этом скорость сдвига определяется скоростью сдвига в пустом трубопроводе (с-1),умноженной на коэффициент перемешивания,причем коэффициент перемешивания является характеристической величиной для типа смесителя. Например, для смесителей типа SulzerSMX этот коэффициент составляет около 7-8. Скорость сдвигав пустом трубопроводе рассчитывают согласно формуле(г/мин),V2 = внутренний объем пустого трубопровода (см 3),R = радиус пустого трубопровода (мм), = доля пустого объема (у Sulzer-SMX типов от 0,84 до 0,88), = плотность полимерной смеси в расплаве (около 1,2 г/см 3). Поскольку смешивание обоих полимеров,также как и последующее формование нитей из смеси полимеров происходят при температурах,зависящих от матричного полимера, в интервале от 220 до 320 С, предпочтительно при (температура плавления матричного полимера + 34)25 С. Для ПЭТ предпочтительно устанавливают температуры от 265 до 315 С. Получение высокопрочных нитей из полимерных смесей, согласно изобретению, происходит при формовании нитей со скоростью формования 700 м/мин, предпочтительно от 750 до 1000 м/мин, вытяжке с относительной вытяжкой, как минимум, 1 : 5, термофиксировании и намотке нитей с соответствующей скоро 9 стью 3800 м/мин, с применением известных установок для формования нитей. При этом пакет фильтра по известному уровню техники оснащается фильтрующими устройствами и/или подвижными фильтровыми пространствами. Расплавленная полимерная смесь после соответствующей сдвигающей и фильтрационной обработки поступает в плату фильер и продавливается через отверстия в плате фильер. В примыкающей зоне охлаждения нити из расплава охлаждают охлаждающим воздухом ниже температуры отвердевания, так что избегают прилипания или образования затора на последующем направляющем нити устройстве. Охлаждающий воздух может подаваться из кондиционера при поперечном или радиальном обдуве. После охлаждения формованные нити покрывают прядильным составом, протягивают через галетные системы с установленной скоростью, в заключение подвергают вытяжке, термофиксируют и наконец наматывают. Типичным для высокопрочных полиэфирных нитей является то, что их получают на больших прядильных установках с непосредственным расплавом, в которых расплав распределяется через длинные обогреваемые продуктотрубопроводы по отдельным линиям формования нитей, а внутри линий по отдельным системам формования нитей. При этом линия формования нитей представляет собой подсоединение в ряд, как минимум, одного ряда систем формования нитей, а система формования нитей- это самая маленькая единица формования нитей с формующей нити головкой, которая содержит, как минимум, один пакет фильер,включающий платы фильер. Расплав в таких системах подвергается высокой термической нагрузке при временах нахождения до 35 мин. Эффективность добавочного полимера, согласно изобретению, при этом не приводит к существенным ограничениям его действия в связи с высокой термической стабильностью добавочного полимера, так что достаточно малого количества добавочного полимера 2,0%, а во многих случаях 1,5%, несмотря на высокую термическую нагрузку. Согласно изобретению достигают улучшения вытяжки, характеризуемого одинаково высокой относительной вытяжкой при более высокой скорости формования нити. В особенности можно соответствующим выбором концентрации добавочного полимера С повысить скорость формования нити на формующей фильере, как минимум, на 200 м/мин по сравнению со скоростью формования нити из полиэфира без добавочного полимера. Свойства добавочного полимера и техника перемешивания влияют на то, что добавочный полимер непосредственно после выхода полимерной смеси из формующей фильеры образует в матричном полимере шарообразные или де 004441 10 формированные в длину частицы. Лучшие условия получаются, когда средний размер частиц(среднее арифметическое) составляет d50400 нм, а доля частиц 1000 нм в поперечном сечении пробы лежит ниже 1%. Влияние на эти частицы вытягивания при прядении, соответственно, вытяжки можно аналитически установить. Новые исследования нитей ТЭМ - способом (трансмиссионная электронная микроскопия) показали, что там имеется фибриллообразная структура. Средний диаметр фибрилл после вытяжки оценивают около 40 нм, а отношение длина/диаметр у фибрилл оценивают 50. Если эти фибриллы не образуются, или частички добавочного полимера после выхода из формующей нити фильеры слишком велики по диаметру, или распределение частиц по размерам очень неравномерно, что имеет место при недостаточной величине отношения вязкостей, то действующий эффект теряется. Кроме того, для эффективности добавочного полимера, согласно этому изобретению,необходима температура стеклования от 90 до 170 С, а также предпочтительна энергия активации текучести сополимеров, как минимум, 80 кДж/моль, то есть требуется более высокая энергия активации текучести, чем таковая полиэфирной матрицы. При выполнении этого предварительного условия возможно, что фибриллы добавочного полимера затвердеют раньше полиэфирной матрицы и принимают на себя существенную долю прилегающего натяжения при формовании нитей. Высокопрочные нити, согласно изобретению, имеют, как минимум, те же показатели качества, что и обычные нити без полимерных добавок. Величины характеристик, приведенные в последующих примерах и в предыдущем тексте,были определены следующим образом: Фибриллы добавок: исследование тонких срезов нитей, сделанных на Микротоме, проводили с помощью трансмиссионной электронной микроскопии и при последующей аналитической обработке изображения, причем определялся диаметр фибрилл и сделана оценка длины,исходя из диаметра частиц, определенного в пробах непосредственно после формующей нити фильеры. Характеристическая вязкость (Х.В.) определена в растворе 0,5 г полиэфира в 100 мл смеси из фенола и 1,2-дихлорбензола (3:2 вес.ч) при 25 С. Для определения вязкости расплава (начальная вязкость) полимер высушивают в вакууме до содержания воды 1000 млн. долей(полиэфир 50 млн. долей). Затем гранулят помещают в конический реометр типа UM100,Physica Messtechnik GmbH, Stuttgart/ФРГ, в атмосфере азота на нагретую измерительную пла 11 стину. При этом измерительный конус (МК 210) после расплавления пробы, то есть примерно через 30 с, располагают на измерительной пластине. Измерение начинают после последующего периода нагрева в 60 с (время измерения = 0 с). Температура измерения составляет 290 С для полиэтилентерефталата и добавочных полимеров, которые добавляют к полиэтилентерефталату, соответственно, равна температуре плавления взятого полиэфира плюс 34 С. Установленная таким образом температура измерения соответствует типичной температуре переработки или формования нити соответствующего полиэфира. Количество пробы выбирают таким,чтобы щель в реометре была полностью заполнена. Измерение проводят при осцилляциях с частотой 2,4 Гц (соответствует скорости сдвига 15 с-1) и при амплитуде деформации, равной 0,3,и вклад комплексной вязкости определяют в виде функции времени измерения. После этого определяют начальную вязкость с помощью линейной регрессии на время измерения, равное нулю. Для определения температуры стеклования и температуры плавления полиэфира полиэфирную пробу расплавляют при 310 С в течение 1 мин и сразу после этого резко охлаждают до комнатной температуры. Затем измеряют температуру стеклования и температуру плавления методом ДСК (дифференциальной сканирующей калориметрии) при скорости нагрева 10 С/мин. Предварительную обработку и измерения производят в атмосфере азота. Двойное лучепреломление волокон (n) определяют поляризационным микроскопом с компенсатором отклонения и зеленым фильтром(540 нм) при применении клиновидных пропилов. Измеряют разность хода обыкновенного и необыкновенного луча при прохождении поляризованного света через филаменты. Двойное лучепреломление равно отношению разности хода к диаметру филамента. При процессе формования нити с вытяжкой формованную нить берут после стягивающей галетты. Определение прочностных характеристик волокон осуществляют на нитях, которым сделана скрутка 50 Т/м при испытательной длине 250 мм со скоростью стягивания 200 мм/мин. При этом силу, которая соответствует 5% растяжения на диаграмме сила-растяжение, деленному на титр, обозначают LASE 5. Усадку в горячем воздухе определяют на тестере усадки фирмы Testrite/США при 160 С с силой предварительного натяжения 0,05 сН/текс и временем обработки 2 мин. Примеры сравнения 1 и 2 Стружки полиэтилентерефталата с характеристической вязкостью 0,98 дл/г и с влажностью 20 млн. долей расплавляют в 7 Еэкструдере фирмы Barmag, ФРГ, при температуре 295 С и продавливают при давлении 160 бар через продуктотрубопровод с установлен 004441 12 ными в нем статическими смесителями и подводят к прядильному насосику 2 х 15 см 3. Расплав полимера при этом испытывает скорость сдвига 29 с-1. Произведение скорости сдвига на 0,8 степень времени нахождения в секундах составляет 532. Прядильный насосик подает нагретый до 298 С расплав в 2 пакета формования нитей с прямоугольной платой фильер (200 отверстий, диаметр отверстия фильер 0,4 мм). Подача расплава через один пакет формования нитей составляет при всех установках 385 г/мин. Это соответствует титру 1100 dтекс при скорости наматывания на шпули 3500 м/мин. Давление в фильерах равно 330 бар. Формованная многоволоконная нить проходит вплотную за фильерой, формующей нить, через дополнительный нагреватель длиной 330 мм (330 С), а после этого охлаждается в системе с поперечным обдувом, с помощью намасливателей с широкими щелями покрывается прядильной препарацией и подается на пару принимающих роликов. Скорость этой принимающей пары роликов в соответствии с обусловленностью называют скоростью формования нити. Только для отбора пробы для определения двойного лучепреломления формованную нить подают сразу после принимающих роликов на агрегат по наматыванию шпулей. Для получения высокопрочных нитей нить после пары принимающих роликов пропускают через 4 пары нагреваемых галетт и в заключение наматывают на шпули. Между 1-ой и 3-ей парой осуществляют вытяжку, на 3-ей паре осуществляют термофиксацию и между 3-ей парой и шпулярным устройством проводят релаксацию, причем относительная релаксация - это отношение скорости наматывания на шпули к скорости фиксирующей пары. 4 обогреваемые пары находятся при следующих температурах: 1-ая пара: 95 С,2-ая пара: 120 С,3-я пара: 240 С,4-ая пара: 150 С. Отношение предварительного натяжения между 1-ой парой галетт и парой входных роликов составляет во всех случаях 1,02. Частичная относительная релаксация между 4-ой и 3-ей парой галетт во всех случаях была 0,995. Другие параметры испытаний и результаты приведены в таблице. Примеры 3-7 Исполнение и полиэтилентерефталат(ПЭТ) соответствуют примерам для сравнения. Однако для получения полимерной смеси, согласно изобретению, в приемное устройство экструдера дозируют добавочный полимер с помощью дозирующего устройства типаKCLKQX2 фирмы К-Tron Soda, ФРГ. В качестве добавочного полимера берут сополимер из 90 вес.% метилметакрилата и 10 вес.% стирола,который имеет температуру стеклования 118,7 С и отношение вязкостей расплавов по отношению к ПЭТ, равное 2,8. Приведенное в таблице дозируемое количество было задано в соответствии с гравиметрически действующим устройством, регулирующим количество дозы. ПримерСкорость формования нити Концентрация добавочн. полимера Двойное лучепреломление 1-ая вытяжка Общая вытяжка Общая относительная релаксация Скорость намотки на шпули Характеристическая вязкость нити Прочность на разрыв Разрывное удлинение 14 Другие параметры опыта и результаты приведены в таблице. Во всех случаях средний диаметр фибрилл в нитях составляет менее 80 нм. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Высокопрочные полиэфирные нити с прочностью при разрыве 70 сН/текс, отличающиеся тем, что они состоят из) полиэфира, который содержит, как минимум, 85 мол.% поли(С 2-С 4-алкилен)терефталата,) от 0,1 до 2,0 вес.% несмешиваемого,термопластически перерабатываемого, аморфного добавочного полимера, который имеет температуру стеклования от 90 до 170 С, и) от 0 до 5,0 вес.% обычных добавочных веществ,причем сумма из ), ) и ) равна 100%,отношение вязкости расплава добавочного полимера ) к вязкости расплава полиэфирного компонента ) составляет от 1:1 до 7:1 и добавочный полимер ) представлен в нитях в форме фибрилл, распределенных в полиэфирном компоненте ), со средним диаметром 80 нм. 2. Высокопрочные полиэфирные нити по п.1, отличающиеся тем, что отношение вязкостей расплавов составляет от 1,5:1 до 5:1. 3. Высокопрочные полиэфирные нити по пп.1 и 2, отличающиеся тем, что добавочный полимер ) представляет собой сополимер, который содержит следующие мономерные единицы: А = акриловая кислота, метакриловая кислота или СН 2=CR-COOR', причем R означает Н-атом или СН 3-группу и R' означает C1-15 алкильный радикал, или С 5-12-циклоалкильный радикал, или С 6-14-арильный радикал, и В = стирол или C1-3-алкилзамещенные стиролы,причем сополимер состоит от 60 до 98 вес.% из А и от 2 до 40 вес.% из В (сумма = 100 вес.%). 4. Высокопрочные полиэфирные нити, по п.3, отличающиеся тем, что сополимер состоит(сумма =100 вес.%). 5. Высокопрочные полиэфирные нити по п.3 или 4, отличающиеся тем, что сополимер состоит от 90 до 98 вес.% из А и от 2 до 10 вес.% из В (сумма = 100 вес.%). 6. Высокопрочные полиэфирные нити по п.1 или 2, отличающиеся тем, что добавочный полимер ) представляет собой сополимер, который содержит следующие мономерные единицы: С = стирол или C1-3-алкилзамещенные стиролы,D = один или несколько мономеров формулы I, II или III причем R1, R2 или R3 означают каждый Н-атом,или C1-15-алкильный радикал, или C5-12 циклоалкильный радикал, или С 6-14-арильный радикал, причем сополимер состоит от 15 до 95 вес.% из С и от 5 до 85 вес.% из D, причем сумма С и D равна 100%. 7. Высокопрочные полиэфирные нити по п.6, отличающиеся тем, что сополимер состоит от 50 до 90 вес.% из С и от 10 до 50 вес.% из D,причем сумма С и D равна 100%. 8. Высокопрочные полиэфирные нити по п.6 или 7, отличающиеся тем, что сополимер состоит от 70 до 85 вес.% из С и от 30 до 15 вес.% из D, причем сумма С и D равна 100%. 9. Высокопрочные полиэфирные нити по п.1 или 2, отличающиеся тем, что добавочный полимер ) представляет собой сополимер, который содержит следующие мономерные единицы: Е = акриловая кислота, метакриловая кислота или СН 2=CR-COOR', причем R означает Н-атом или СН 3-группу и R' означает C1-15 алкильный радикал или C5-12-циклоалкильный радикал, или С 6-14-арильный радикал иF = стирол или C1-3-алкилзамещенные стиролы,G = один или несколько мономеров формулы I, II или III причем R1, R2 или R3 означают каждый Н-атом или C1-15-алкильный радикал, или C5-12 циклоалкильный радикал, или С 6-14-арильный радикал,Н = один или несколько ненасыщенных мономеров, содержащих этиленовые группы,которые могут быть сополимеризованы с Е и/или с F, и/или с G, из группы, состоящей из метилстирола, винилацетата, эфиров акриловой кислоты, эфиров метакриловой кислоты, которые отличаются от Е, винилхлорида, винилиденхлорида, галогензамещенных стиролов, виниловых эфиров, изопропениловых эфиров и диенов,причем сополимер состоит от 30 до 99 вес.% из Е, от 0 до 50 вес.% из F, от 0 до 50 вес.% из G и от 0 до 50 вес.% из Н, причем сумма Е, F, G и Н вместе составляет 100%. 10. Высокопрочные полиэфирные нити по п.9, отличающиеся тем, что сополимер состоит от 45 до 97 вес.% из Е, от 0 до 30 вес.% из F, от 3 до 40 вес.% из G и от 0 до 30 вес.% из Н, причем сумма Е, F, G и Н вместе составляет 100%. 11. Высокопрочные полиэфирные нити по п.9 или 10, отличающиеся тем, что сополимер состоит от 60 до 94 вес.% из Е, от 0 до 20 вес.% из F, от 6 до 30 вес.% из G и от 0 до 20 вес.% из Н, причем сумма Е, F, G и Н вместе составляет 100%. 16 12. Способ получения высокопрочных полиэфирных нитей, по пп.1-11, отличающийся тем, что а) полиэфир ), который содержит, как минимум, 85 мол.% поли(С 2-С 4-алкилен)терефталата, и от 0,1 до 2,0 вес.% несмешивающегося,термопластически перерабатываемого, аморфного добавочного полимера ), который имеет температуру стеклования в области от 90 до 170 С, причем отношение вязкости расплава добавочного полимера ) к вязкости расплава полиэфирного компонента ) составляет от 1:1 до 7:1,причем они могут содержать от 0 до 5,0 вес.% добавочных веществ ),перемешивают в расплавленном состоянии в статическом смесителе со сдвигом, причем скорость сдвига составляет от 16 до 128 с-1, а произведение скорости сдвига на 0,8 степень времени нахождения в смесителе в секундах устанавливают на величину, как минимум, 250; б) из перемешанного расплава со стадии а) формуют нити, причем скорость формования нити составляет от 700 до 1500 м/мин; и в) формованные нити со стадии б) подвергают вытяжке, термофиксируют и наматывают,причем относительная вытяжка составляет, как минимум, 1:5. 13. Способ получения высокопрочных полиэфирных нитей по п.12, отличающийся тем,что скорость формования нитей составляет от 750 до 1000 м/мин. 14. Способ получения высокопрочных полиэфирных нитей, по одному из пп.12 или 13, отличающийся тем, что концентрацию С добавочного полимера выбирают в области от 0,1 до 2,0 вес.% таким образом, чтобы двойное лучепреломление формованных нитей было 3,510-3.
МПК / Метки
МПК: D01F 6/62
Метки: полиэфирные, высокопрочные, способ, нити, получения
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/9-4441-vysokoprochnye-poliefirnye-niti-i-sposob-ih-polucheniya.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Высокопрочные полиэфирные нити и способ их получения</a>
Следующий патент: Полиэфирные штапельные волокна и способ их получения
Случайный патент: Криохирургический аппарат