ES2246329T3 - Bobina de hilo estirado y metodo para su produccion. - Google Patents

Bobina de hilo estirado y metodo para su produccion.

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ES2246329T3 ES01947863T ES01947863T ES2246329T3 ES 2246329 T3 ES2246329 T3 ES 2246329T3 ES 01947863 T ES01947863 T ES 01947863T ES 01947863 T ES01947863 T ES 01947863T ES 2246329 T3 ES2246329 T3 ES 2246329T3
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Tadashi Koyanagi
Takao Abe
Akira Yamashita
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Asahi Kasei Corp
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Abstract

Bobina de hilo estirado de poli(tereftalato de trimetileno), es decir, una bobina en forma de queso formada devanando un hilo estirado con una cantidad de estirado de 2 kg o más, obtenida mediante un proceso directo de hilatura y estirado de un poli(tereftalato de trimetileno) que comprende el 95% por mol o más de unidades repetitivas de tereftalato de trimetileno, cumpliendo la bobina con los siguientes requisitos (1) al (4): (1) el hilo estirado muestra una tensión de contracción térmica en seco de 0, 01 a 0, 15 cN/dtex; (2) se modifica el ángulo transversal según el diámetro de devanado de la bobina y se selecciona entre 3 a 10 grados según el diámetro de devanado, y la diferencia entre el valor mínimo y el valor máximo de dicho ángulo es de un grado por lo menos; (3) la diferencia de diámetros entre la parte del borde y la parte central de la bobina es de 10 mm o menor; y (4) la diferencia de tensión en el desenrollado DeltaF (cN/dtex) durante el desenrollado del hilo estirado que ha sido devanado en la bobina satisface la siguiente fórmula (1): DeltaF <_ 8, 0 x 10-4 u (1) en la que u es la velocidad de desenrollado (m/min).

Description

Bobina de hilo estirado y método para su producción.
Campo de la invención
La presente invención se refiere a una bobina de hilo estirado de poli(tereftalato de trimetileno) obtenido mediante un proceso directo de hilatura y estirado, y se refiere además a un método para producir dicho hilo.
Técnica anterior
Las fibras de poli(tereftalato de etileno) (a continuación denominado PET) se fabrican en grandes cantidades en todo el mundo como las fibras sintéticas más adecuadas para aplicaciones en prendas de vestir, y su fabricación se ha convertido en una gran industria.
Las fibras de poli(tereftalato de trimetileno) (a continuación denominadas PTT) son conocidas en la técnica anterior, tal como se dan a conocer en las siguientes referencias: (A) J. Polymer Science: Polymer Physics Edition, Vol. 14 p. 263-274 (1976); (B) Chemical Fibers International, Vol. 45, p 110-111 Abril (1995); (C) Chemical Fibers International, Vol. 47, p. 72 Febrero (1997); y (D) WO 99/27168.
Las referencias (A) y (B) de la técnica anterior describen las propiedades fundamentales de las características de tensión-alargamiento de las fibras de PTT, e indican que dichas fibras son adecuadas para su aplicación en prendas de vestir y en alfombras, debido a que las fibras de PTT presentan un módulo inicial pequeño y, en comparación con las fibras de nylon y de PET, tienen una excelente recuperación elástica.
Además, la referencia (C) de la técnica anterior describe un proceso directo de hilatura y estirado. La referencia (D) de la técnica anterior describe fibras de PTT obtenidas mediante un proceso directo de hilatura y estirado; describe que cuando las fibras de PTT presentan un alargamiento a la rotura apropiado, una resistencia térmica y una contracción después del descrudado adecuados, las telas tejidas o de género de punto para las que se utilizan las fibras de PTT, pueden presentar un módulo elástico bajo y un tacto suave. La referencia (D) de la técnica anterior describe además que dichas fibras de PTT son apropiadas para prendas de vestir tales como ropa interior, prendas exteriores, ropa deportiva, calcetería, telas para revestimientos y trajes de baño.
La referencia (D) de la técnica anterior da a conocer lo siguiente. Un hilo estirado obtenido mediante un proceso directo de hilatura y estirado, se encoge de forma considerable durante y después del devanado, y las superficies finales de la bobina resultante vienen a tener una forma hinchada denominada abultamiento. Como consecuencia de ello, es difícil obtener una bobina aceptable. Además, incluso resulta difícil extraer de la devanadora una bobina que tenga una forma abultada de este tipo.
La investigación por parte de los presentes inventores ha demostrado que la bobina de hilo estirado obtenida mediante el proceso directo de hilatura y estirado tiene problemas que se explicarán a continuación, distintos de los descritos en las referencias previas de la técnica anterior.
a. Formación de bordes salientes y compresión
Un hilo estirado de PTT es muy sensible a la temperatura y a la humedad. Concretamente, el calor generado por el propio motor de la devanadora durante el devanado se transmite a la bobina a través del eje del carrete y aumenta la temperatura de la bobina. Además, el calor generado por la fricción entre la bobina y el rodillo de contacto aumenta también la temperatura de la bobina. Como resultado de ello, el hilo estirado de la bobina se contrae.
La contracción del hilo estirado no se produce esencialmente en ambas partes del borde de la bobina devanada que tiene una dureza elevada. La contracción se produce en la otra parte, concretamente, solamente en el hilo estirado devanado de la parte central. Como resultado de ello, durante el devanado, la bobina llega a adoptar una forma con bordes salientes. Cuando la bobina tiene una forma con bordes salientes, solamente las partes del borde están luego en contacto con el rodillo de contacto, y la generación de calor por fricción se concentra de forma creciente en la parte de los bordes, con un aumento de la magnitud del devanado. En consecuencia, para que una bobina devanada de esta manera tenga un diámetro de devanado determinado, no solamente tiene una forma con un devanado de bordes salientes, sino que también está en un estado en que los hilos estirados devanados en cada una de las partes del borde están comprimidos por el calor.
Un estudio por parte de los presentes inventores ha aclarado que dicha contracción del hilo estirado producida por la generación de calor de la bobina está muy influenciada por la tensión de la contracción térmica en seco del hilo estirado.
b. Envejecimiento durante el almacenamiento
Una bobina fabricada de hilo estirado raramente es suministrada de forma inmediata al proceso siguiente, sino que generalmente es utilizada después de un periodo de almacenamiento comprendido entre un mes y un año. Además, la temperatura de almacenamiento alcanza una temperatura elevada, del orden de unos 30 a 40ºC cuando hace calor.
Cuando se almacena la bobina durante un largo periodo de tiempo a una temperatura tan elevada, el hilo estirado de PTT se contrae, dando como resultado una compresión de la bobina y, de ello resultan unos bordes salientes y una forma abultada considerables. Además, el hilo estirado de PTT arrollado en los bordes de la bobina tiene una elevada densidad, ya que los filamentos del mismo están adheridos entre sí debido a la contracción.
La figura 1 es una vista esquemática que muestra una bobina que tiene una forma de devanado normal. La figura 2 es una vista esquemática que muestra una bobina deformada que tiene bordes salientes. Además, los numerales de referencia (20), (21) de la figura 1 indican, respectivamente, un carrete y una bobina; los signos (\alpha) y (\beta) de la figura 2 indican el diámetro de la parte del borde y el diámetro de la parte central, respectivamente.
c. Capacidad de desenrollado a alta velocidad
En las aplicaciones para telas de revestimiento y para ropa interior, se utiliza una tela tejida de trama sencilla cuya estructura está representada por tafetán, sarga o similar y una tela tejida de urdimbre de género de punto tal como un tricot. Debido a que el hilo estirado de PTT se utiliza sin un proceso posterior tal como un falso retorcido, en estos tejidos las fibras están dispuestas de forma regular en la tela. En consecuencia, existe el problema de que los defectos de tamaño pequeño presentes en las fibras permanecen intactos y tienden a manifestarse como defectos cualitativos tales como "rayas de urdimbre", "picada tirante" o "teñido desigual".
A medida que la competencia en costes se ha ido haciendo más dura en los últimos años, la velocidad del proceso ha ido aumentando, incluso en la fase de tejido o en la fabricación de género de punto, con el fin de hacer frente a la competencia. Por ejemplo, la velocidad de urdido, que es una fase de la preparación del hilo en la urdimbre de una tela tejida, ha llegado a ser del orden de los 500 a 1.000 m/min, mientras que esta velocidad era anteriormente de 100 a 200 m/min. La velocidad industrial de tejido de un hilo urdido en un telar es normalmente de 800 a 1.500 m/min.
Cuando se desenrolla a alta velocidad un hilo estirado de una bobina de PTT, el hilo estirado que ha estado almacenado a elevadas temperaturas durante un largo periodo de tiempo, se incrementan las roturas del hilo, y se genera una variación en la tensión de desenrollado que corresponde a un tramo del hilo de una superficie extrema con respecto a la opuesta de la bobina. Cuando la diferencia entre los valores máximo y mínimo de la variación de la tensión (denominada a continuación diferencia de tensión de desenrollado) es grande, se generan defectos cualitativos en la tela tejida o en el género de punto.
La figura 3 es un gráfico que muestra la variación de la tensión de desenrollado que se observa cuando un hilo estirado es desenrollado a gran velocidad de una bobina que tiene una forma de bobinado aceptable, tal como se muestra en la figura 1. La figura 4 es un gráfico que muestra la variación de la tensión de desenrollado que se observa cuando un hilo estirado es desenrollado a gran velocidad de una bobina que tiene una forma de bobinado con bordes salientes tal como se muestra en la figura 2.
En las figuras 3 y 4, la abscisa indica la longitud de hilo de un hilo estirado y la ordenada indica la tensión de desenrollado (g).
Aunque la referencia (D) de la técnica anterior antes mencionada propone la solución del tensado de la bobina durante el devanado y la reducción del abultamiento, no se refiere a la formación de bordes salientes ni a la compresión causada por la generación de calor de una bobina durante el bobinado, ni al tensado de la bobina causado por el envejecimiento, ni a los problemas producidos por el tensado de la bobina cuando la bobina es desenrollada a gran velocidad.
La referencia (D) de la técnica anterior describe que el peso del hilo devanado en una bobina debe ser de 2 kg o menos, y da a conocer una realización de una bobina que tiene una anchura de devanado de hasta 300 mm y un peso de devanado entre 1 y 1,5 kg (correspondiente a un diámetro de devanado de 130 mm). No obstante, cuando una bobina que tiene una cantidad de devanado tan pequeña es desenrollada a alta velocidad, debe realizarse con mucha frecuencia la sustitución de la bobina agotada por una nueva. Por consiguiente, industrialmente no es conveniente la utilización de una bobina de este tipo. Además, dado que la anchura de devanado es grande, existe el problema de que la diferencia de la tensión de desenrollado de una cierta longitud de hilo entre la superficie de un lado y la del otro lado de la bobina es considerable. La referencia (D) de la técnica anterior solamente describe una realización de una bobina que tiene una cantidad de 5 kg de hilo devanado. Dado que la tensión de la contracción térmica en seco del hilo llega a ser de 0,22 a 0,30 cN/dtex, la bobina muestra durante el almacenamiento un tensado significativo de la bobina originado por la contracción debida al envejecimiento. Como resultado de ello, aumenta la variación de la tensión de desenrollado, y la capacidad de desenrollado a alta velocidad es deficiente.
Además, en la publicación de la patente japonesa sin examinar (Kokai) Nº 2000-239921 (E) se describe una propuesta de mejora del tensado de la bobina y de la forma de devanado durante el devanado, con el mismo objeto que la referencia (D) de la técnica anterior. Sin embargo, la publicación de esta patente ni describe ni sugiere bordes salientes ni la compresión causada por la generación de calor en una bobina durante el devanado, ni el envejecimiento y la capacidad de desenrollado a alta velocidad de una bobina.
La publicación de la patente japonesa Nº 3073963 (F) da a conocer que puede obtenerse una bobina en forma de queso que tenga una pequeña proporción de abultamiento enrollando el hilo estirado mientras el hilo está siendo destensado enfriándolo antes del devanado. Sin embargo, existe una relación de antinomia entre la reducción de la proporción de abultamiento y la solución para los bordes salientes; una reducción en la proporción del abultamiento no es más que un incremento de los bordes salientes. Además, la publicación de la patente ni describe ni sugiere la influencia de la tensión de contracción térmica en un hilo estirado en la formación de los bordes salientes, ni los problemas de la formación de los bordes salientes ni la compresión causada por la generación de calor en la bobina durante el devanado.
Por otra parte, la publicación de la patente japonesa sin examinar (Kokai) Nº 9-175731 (G) describe un método de devanado en el que el ángulo transversal varía de acuerdo con el diámetro de devanado al enrollar una fibra sintética. El método es efectivo para resolver los problemas de abultamiento y una caída de los bordes del hilo devanado. No obstante, en el caso de una fibra de PTT, no ha sido resuelto el problema de dicho hilo estirado que se contrae en la bobina a medida que pasa el tiempo, ni de los bordes salientes ni de la deficiente capacidad de desenrollado. Además, la publicación de la patente no describe ni sugiere los problemas de la formación de los bordes salientes y de la compresión causada por la generación de calor en una bobina durante el devanado.
Las referencias (D) a (G) de la técnica anterior dan a conocer diversas propuestas relativas a un proceso directo de hilatura y estirado. Sin embargo, tampoco dan a conocer ni sugieren los problemas relativos a la capacidad de desenrollado a velocidad elevada de una bobina de hilo estirado de PTT que tenga un peso de devanado industrialmente práctico, ni a métodos para resolver el problema.
Exposición de la invención
A continuación se describe la presente invención en los puntos 1 al 8.
1. Bobina de hilo estirado de PTT, es decir, una bobina en forma de queso formada devanando un hilo estirado en una cantidad devanada de 2 kg o más, obtenida mediante estirado y rotación directa de un tipo de PTT que comprende el 95% por mol o más de unidades repetitivas de tereftalato de trimetileno, satisfaciendo la bobina los siguientes requisitos (1) al (4):
(1)
el hilo estirado presenta una tensión por contracción térmica en seco de 0,01 a 0,15 cN/dtex;
(2)
el ángulo transversal varía de acuerdo con el diámetro de devanado de la bobina siendo escogido entre 3 y 10 grados para cada diámetro de devanado, y la diferencia entre el valor mínimo y el máximo de la misma es, por lo menos, de un grado;
(3)
la diferencia de diámetro entre la parte del borde y la parte central de la bobina es de 10 mm o menos; y
(4)
la diferencia de tensión de desenrollado \DeltaF (cN/dtex) durante el desenrollado del hilo estirado que ha sido devanado en la bobina satisface la fórmula siguiente (1):
(1)\Delta F \leq 8,0 \ \times \ 10^{-6} \ u
en la que u es la velocidad de desenrollado (m/min).
2. Bobina de hilo estirado de PTT según el punto 1, en la que la tensión de contracción térmica del hilo estirado es de 0,02 a 0,13 cN/dtex.
3. Bobina de hilo estirado de PTT según el punto 1 ó 2, en la que la anchura de devanado de la bobina varía de 60 a 200 mm, y el diámetro de devanado de la misma es de 200 a 400 mm.
4. Bobina de hilo estirado de PTT según cualquiera de los puntos 1 a 3, en la que el ángulo transversal en la parte devanada que tiene un espesor de devanado superior a 10 mm es mayor que el de la parte devanada que tiene un espesor de devanado de 10 mm o menos.
5. Bobina de hilo estirado de PTT según cualquiera de los puntos 1 a 4, en la que el alargamiento a la rotura del hilo estirado es del 40 al 90%.
6. Método para producir una bobina de hilo estirado de PTT, en el que el PTT es estirado y tratado térmicamente utilizando dos pares de rodillos de guía en un proceso directo de hilatura y estirado del PTT, y el hilo estirado es devanado en una bobina, satisfaciendo el método los siguientes requisitos de (a) a (d) durante el devanado:
(a)
la tensión de estirado varía desde 0,05 a 0,45 cN/dtex;
(b)
la relación V/R_{2} de la velocidad de devanado V (m/min) con respecto a la velocidad R_{2}(m/min) del rodillo de guía del tratamiento térmico final satisface la siguiente fórmula (2):
(2)0,8 \leq V/R_{2} \leq -6,6 \ \times \ 10^{-5} \ R_{2} + 1,15
supuesto que la velocidad R_{2} del rodillo de guía del tratamiento térmico final varíe de 2.300 a 4.500 m/min;
(c)
el ángulo transversal de devanado durante el devanado del hilo estirado en una bobina varía desde el inicio hasta el final del devanado de 3 a 10 grados de acuerdo con el diámetro de devanado; y
(d)
durante el devanado del hilo estirado la bobina es enfriada a una temperatura de 30ºC o menos.
7. Método para producir una bobina de hilo estirado de PTT según el punto 6, en el cual durante el devanado se devana un hilo estirado mediante un proceso directo de hilatura y estirado, y el hilo estirado es devanado con una devanadora que tiene un eje del carrete y un rodillo de contacto que entra en contacto con el eje del carrete, teniendo cada uno de ellos una fuerza de accionamiento, mientras que la velocidad periférica V_{c} (m/min) del rodillo de contacto se ha hecho que sea más elevada que la velocidad de devanado V (m/min) entre un 0,3 y un 2%.
8. Método para producir una bobina de hilo estirado de PTT según el punto 6 ó 7, en el que la velocidad de devanado varía de 1.800 a 3.800 m/min.
Un objetivo de la presente invención es dar a conocer una bobina de hilo estirado de PTT obtenida por un proceso directo de hilatura y estirado del PTT, siendo de una magnitud industrialmente práctica y con una forma mejorada de devanado, y mostrando una excelente capacidad de desenrollado incluso después de estar almacenada durante un largo periodo de tiempo, y un método para producir dicha bobina.
Con más detalle, un objetivo de la presente invención es dar a conocer una bobina de hilo estirado de PTT formada devanando un hilo estirado de PTT adecuado para prendas de vestir, que tiene un peso industrialmente práctico de devanado cuando es utilizada para una tela tejida o de género de punto, con falsa torsión o similar, y que muestra una excelente capacidad de desenrollado a alta velocidad incluso después de estar almacenada durante un largo periodo de tiempo, y un método para producir de forma estable dicha bobina.
La presente invención mejora la calidad del teñido de los tejidos que antes era deficiente debido a la escasa capacidad de desenrollado de la bobina de hilo estirado de PTT.
Como resultado de las investigaciones llevadas a cabo de forma exhaustiva para resolver los problemas antes mencionados, los presentes inventores han descubierto que los anteriores problemas pueden resolverse especificando, en la producción de una bobina de hilo estirado de PTT mediante un proceso directo de hilatura y estirado, una combinación de propiedades de contracción térmica en seco del hilo estirado y de las condiciones de devanado de la bobina, y similares, y de esta manera se ha conseguido la presente invención.
La presente invención será explicada a continuación detalladamente.
(A) Se explicará la bobina de hilo estirado de PTT de la presente invención.
En la presente invención, un polímero de PTT que forma un hilo estirado de PTT se compone del 95% por mol o más de unidades repetitivas de tereftalato de trimetileno y un 5% por mol o menos de unidades repetitivas de otros ésteres.
Es decir, un polímero de PTT que forma el hilo estirado de PTT de la invención es un homopolímero o un polímero de PTT copolimerizado que comprende un 5% por mol o menos, de unidades repetitivas de otros ésteres.
A continuación se muestran ejemplos de componentes de copolimerización.
Los ejemplos del componente ácido incluyen ácidos dicarboxílicos aromáticos representados por el ácido isoftálico y el ácido sulfoisoftálico 5-sodio, y por ácidos dicarboxílicos alifáticos representados por el ácido adípico y el ácido itacónico. Los ejemplos del componente glicol comprenden etilén glicol, butilén glicol y polietilén glicol. Además, también se incluyen ácidos hidrocarboxílicos tales como el ácido hidroxibenzoico. Varios de estos componentes pueden estar también copolimerizados.
Además, el hilo estirado de PTT de la presente invención puede estar fabricado de modo que contenga o esté copolimerizado con aditivos tales como agentes deslustrantes (tales como el óxido de titanio), estabilizadores térmicos, antioxidantes, agentes antiestáticos, absorbentes de rayos ultravioleta, agentes antibacterianos y diversos pigmentos, siempre que los efectos de la presente invención no queden afectados.
En la presente invención, la viscosidad intrínseca del hilo de PTT antes del estirado y de ser orientado está preferentemente comprendida entre 0,7 y 1,3 dl/g, más preferentemente entre 0,8 y 1,1 dl/g. Cuando la viscosidad intrínseca está comprendida dentro de los límites anteriores, la resistencia del hilo estirado es la adecuada, y puede obtenerse una tela que tenga una resistencia mecánica utilizable en aplicaciones deportivas, que requieren resistencia. Además, el hilo estirado puede ser fabricado de forma estable porque nunca se producen roturas del hilo en la fase de producción del hilo estirado.
En la presente invención, puede aplicarse un proceso conocido al método de fabricación de un polímero de PTT. Un ejemplo típico del proceso es un proceso en dos fases en el que se lleva a cabo la polimerización en estado de fusión para incrementar el grado de polimerización hasta que el polímero tenga una determinada viscosidad intrínseca, y a continuación se lleva a cabo una polimerización en estado sólido hasta que el polímero tenga un grado de polimerización correspondiente a una viscosidad intrínseca predeterminada.
En el caso de la bobina de hilo estirado de la invención, la tensión de contracción térmica en seco del hilo estirado es de 0,01 a 0,15 cN/dtex, preferentemente de 0,02 a 0,13 cN/dtex. Cuando el hilo estirado que tiene una tensión de contracción térmica comprendida dentro de estos límites es utilizado para una tela tejida o para un género de punto, la tela resultante se contrae durante la fase de acabado después del teñido para conseguir una tela tejida o un género de punto que tenga un buen tacto. Además, incluso cuando la bobina de hilo estirado tiene un diámetro de devanado grande, la bobina no tiene bordes salientes, y presenta una buena capacidad de desenrollado durante el desenrollado a alta velocidad porque el hilo estirado se encoge menos durante el almacenamiento.
La bobina de hilo estirado de la presente invención muestra preferentemente un alargamiento a la rotura del 40 al 90%, y más preferentemente del 45 al 65%.
Cuando el alargamiento a la rotura del hilo estirado está comprendido dentro de estos límites, no se forman motas ni se producen roturas del hilo estirado en la fase de estirado rotativo continuo por fusión. Además, dado que el hilo estirado no tiene variaciones en las dimensiones del hilo y presenta una resistencia a la rotura de unos 2 cN/dtex o superior, puede obtenerse una tela excelente tanto en resistencia como en calidad de teñido.
El ángulo transversal de la bobina de hilo estirado de la presente invención varía de acuerdo con el diámetro de devanado de la misma. El ángulo transversal es de 3 a 10º para cada diámetro, preferentemente de 4 a 9º, y la diferencia entre el valor mínimo y el máximo del ángulo transversal es de 1º o más, preferentemente de 2º o superior. Cuando el ángulo transversal y la diferencia entre el valor mínimo y el valor máximo del ángulo transversal están comprendidos dentro de los límites anteriores, no se produce desmoronamiento de la bobina ni se forman bordes salientes. Además, el efecto de variar el ángulo transversal está suficientemente demostrado y puede realizarse un devanado normal. De esta manera, pueden evitarse los bordes salientes de la bobina y la compresión del hilo estirado en las partes de los bordes, modificando el ángulo transversal de acuerdo con el diámetro de devanado.
El ángulo transversal es un ángulo realizado por un hilo estirado que se enrolla en una bobina, estando el ángulo determinado por la relación entre la velocidad de devanado y la velocidad transversal; es un ángulo \theta trazado por un hilo estirado devanado en forma cruzada para formar una bobina en forma de queso, tal como se muestra en la figura 1. En general, el ángulo transversal se diferencia mediante una partición realizada con una cinta durante el devanado con el propósito de evitar una configuración en diamante.
En el caso de la bobina de hilo estirado de la invención, el ángulo transversal del hilo estirado en una parte devanada que tenga un espesor de devanado desde el carrete que supera los 10 mm, es preferentemente mayor que en una parte devanada que tiene un espesor de devanado de 10 mm o inferior. Una realización preferente del ángulo transversal que varía de acuerdo con el diámetro de devanado es la siguiente: el ángulo transversal empieza siendo pequeño al inicio del devanado, es decir, en la capa interna de la bobina; el ángulo transversal se incrementa gradualmente a medida que aumenta el diámetro del devanado, y llega al máximo en la capa intermedia de la bobina; y el ángulo transversal disminuye de nuevo hasta que el hilo estirado forma la capa exterior.
Por ejemplo, para una bobina que tenga un espesor de devanado de 110 mm, se escoge un ángulo transversal, preferentemente como se explica a continuación. El ángulo transversal varía de 3 a 6º para la capa interior que tiene un espesor de devanado de 10 mm o inferior, varía desde más de 6 hasta 10º en la capa intermedia que tiene un espesor de devanado desde más de 10 hasta 60 mm, y varía de 3 a 7º en la capa exterior que tiene un espesor de devanado desde más de 60 hasta 110 mm.
Tal como se ha explicado anteriormente, el hilo estirado va siendo devanado mientras varía el ángulo transversal de acuerdo con el diámetro de devanado. Como resultado de ello, pueden reducirse tanto el abultamiento como los bordes salientes de la bobina, y la capacidad de desenrollado a alta velocidad llega a ser aceptable porque no se producen bordes salientes ni una compresión en la parte de los bordes.
La anchura de devanado de una bobina de hilo estirado en la presente invención está preferentemente comprendida de 60 a 200 mm, más preferentemente desde 80 a 190 mm; el diámetro de devanado de la misma es preferentemente de 200 a 400 mm, más preferentemente de 250 a 350 mm. Cuando la anchura de devanado y el diámetro de devanado están dentro de los límites anteriores, las diferencias en la tensión de desenrollado son pequeñas, y puede obtenerse una elevada capacidad de desenrollado a alta velocidad; además, puede garantizarse una cantidad de devanado de unos 2 kg o más que es una cantidad industrialmente útil.
En general, para devanar un hilo estirado para prendas de vestir obtenido por un proceso directo de hilatura y estirado por fusión se utiliza un carrete de cartón que tenga un diámetro de unos 50 a 100 mm
Por ejemplo, una bobina de hilo estirado formada sobre un carrete de un diámetro de unos 100 mm y que tenga una anchura de devanado de 80 mm y un diámetro de devanado de 250 mm, tiene un peso de hilo estirado devanado de unos 3 kg. De manera similar, la bobina de hilo estirado tiene un peso de devanado de unos 4 kg cuando la anchura de devanado es de 200 mm y el diámetro de devanado es de 200 mm, y un peso de devanado de unos 40 kg cuando la anchura de devanado es de 200 mm y el diámetro de devanado es de 400 mm.
Una bobina de hilo estirado que tenga un mayor peso devanado es industrialmente más ventajosa porque el periodo de sustitución de una bobina agotada por una nueva aumenta incluso cuando se lleva a cabo un desenrollado a alta velocidad durante su utilización. En general, se toma en consideración la facilidad de manipulación de una bobina de hilo estirado, e industrialmente se utiliza un peso de devanado de 5 a 10 kg. La anchura de devanado y el diámetro de devanado de una bobina de hilo estirado que tenga un peso industrialmente útil de devanado se escogen dentro de los límites definidos por la presente invención.
La diferencia de diámetros entre la parte de los bordes y la parte central de la bobina de hilo estirado de la presente invención es de 10 mm o menos. Cuando la diferencia de diámetros es de 10 mm o menos, la diferencia de tensión en el desenrollado es pequeña, y la capacidad de desenrollado a alta velocidad es aceptable. Se prefiere una menor diferencia de diámetro entre la parte de los bordes y la parte central de la bobina, y es más preferible una diferencia de diámetro de 5 mm o menos porque la diferencia de tensión en el desenrollado todavía es menor.
En el caso de la bobina de hilo estirado de la presente invención, la diferencia de tensión de desenrollado \DeltaF (cN/dtex) durante el desenrollado del hilo estirado, que ha sido devanado sobre la misma, satisface la siguiente
fórmula:
(1)\Delta F \leq 8,0 \ \times \ 10^{-4} \ u
en la que u es la velocidad de desenrollado (m/min).
La fórmula (1) muestra la dependencia de la diferencia de la tensión de desenrollado de la bobina de hilo estirado con respecto a la velocidad de desenrollado. Cuando la diferencia de tensión en el desenrollado está dentro de los límites de la fórmula (1), no se producen roturas del hilo, ni excesivo tensado del hilo, ni defectos de teñido u otros defectos similares causados por la variación de la tensión de desenrollado de la bobina de hilo estirado durante la fabricación de telas tejidas, de género de punto o de falsa torsión.
De la fórmula (1) puede deducirse que por ejemplo, cuando la velocidad de desenrollado del hilo estirado de la bobina es de 1.000 m/min, la diferencia en la tensión de desenrollado \DeltaF (cN/dtex) debe ser de 0,008 cN/dtex o menos.
La gama de las diferencias de tensión de desenrollado en la presente invención, cuando se ilustra de una forma comprensible, está comprendida en la gama por debajo de la línea oblicua de la figura 5. En la figura 5, la abscisa indica una velocidad de desenrollado u (m/min) durante el desenrollado de un hilo estirado de la bobina de hilo estirado, y la ordenada indica una diferencia de tensión de desenrollado \DeltaF (cN/dtex).
Aunque no existe una limitación específica en las dimensiones del hilo o en las dimensiones del filamento individual de un hilo estirado de PTT en la presente invención, las dimensiones del hilo son preferentemente de 20 a 300 dtex, más preferentemente de 30 a 150 dtex, y el tamaño del filamento individual varía preferentemente de 0,5 a 20 dtex, y más preferentemente de 1 a 3 dtex.
El hilo estirado de PTT a utilizar puede ser también un hilo conjunto preparado reuniendo hilos de PTT que difieren uno de otro en la viscosidad intrínseca, lado a lado o de una forma excéntrica ¿...núcleo envolvente...? Además, la sección transversal del filamento individual del hilo estirado de PTT puede tener una sección transversal con una forma modificada tal como una forma redonda, una forma en Y, y una forma en W, una forma con una sección transversal hueca o similar. No existen limitaciones específicas en cuanto a la forma de la sección transversal.
Además, con el fin de conferir suavidad superficial, convergencia y propiedades antiestáticas al hilo estirado de PTT, puede aplicarse al mismo preferentemente un agente de acabado en una cantidad de 0,2 al 2% en peso. De manera adicional, con el fin de mejorar todavía más la capacidad de desenrollado y la convergencia durante la falsa torsión, pueden impartirse filamentos entrelazados en una cantidad de preferentemente 50 puntos/m o menos, más preferentemente de 2 a 20 puntos/m.
(B) Se explicará el método de producción de la presente invención.
A continuación se ilustra un ejemplo preferente del método para producir una bobina de hilo estirado de PTT de la presente invención, utilizando la figura 6.
En la figura 6, los gránulos de PTT secados en una máquina secadora (1) para tener un contenido de humedad de 30 ppm o menos, son alimentados a una prensa de extrusión (2) graduada a una temperatura de entre 255 a 265ºC, y son fundidos. El PTT fundido es transferido a continuación mediante una curvatura (3) a un cabezal de hilatura (4) graduado a una temperatura de entre 250 a 265ºC, y se dosifica con una bomba de engranajes. El PTT fundido es extrusionado a continuación en una cámara de hilatura, en forma de multifilamentos (7), mediante una hilera (6) montada sobre un conjunto de hilatura (5) que tiene una serie de toberas.
Las temperaturas óptimas de la prensa de extrusión y del cabezal de hilatura son escogidas entre las gamas mencionadas anteriormente, mientras se toma en consideración la viscosidad intrínseca y la forma de los gránulos de PTT.
Los multifilamentos de PTT extrusionados en la cámara de hilatura son enfriados a temperatura ambiente con el aire de enfriamiento (8) para que solidifiquen. Se aplica un agente de acabado a los filamentos solidificados, que son recogidos por los rodillos de recogida de guía (10) (que también se utilizan para el estirado) que giran a una velocidad determinada, son estirados de forma continua entre los rodillos (10) y los rodillos de guía (11) del tratamiento térmico final (rodillos de estirado) sin doblarlos una sola vez, y son enrollados en una devanadora en forma de bobina (12) de hilo estirado que tiene unas dimensiones determinadas.
Se aplica un agente de acabado a los multifilamentos solidificados (7) con un aplicador (9) del agente de acabado antes de que los multifilamentos entren en contacto con los rodillos de guía de recogida (10).
El agente de acabado a aplicar es preferentemente un agente del tipo de emulsión acuosa. La concentración de la emulsión acuosa como agente de acabado es preferentemente del 10% en peso o superior, más preferentemente del 15 al 30% en peso.
Después de aplicar un agente de acabado, puede conferirse un entrelazado al hilo estirado mediante un aparato de entrelazado. El número de entrelazados es preferentemente de 1 a 50 puntos/m, más preferentemente de 2 a 10 puntos/m.
Por lo menos se utilizan dos pares de rodillos de guía. Por ejemplo, en la figura 6, pueden estar dispuestos también un par de rodillos de pretensado antes de los dos rodillos de guía de recogida. Entre los dos pares de rodillos de guía se estira el hilo con un factor de 1,2 a 3, variando la velocidad periférica de los rodillos de guía. Durante el estirado, la temperatura del primer rodillo de guía es preferentemente de 50 a 70ºC, más preferentemente de 55 a 60ºC.
A continuación del estirado, el hilo es sometido al tratamiento térmico necesario mediante los segundos rodillos de guía. La temperatura del tratamiento térmico es preferentemente de 100 a 150ºC, más preferentemente de 110 a 130ºC.
En el método productivo de la presente invención, la tensión de estirado es de 0,05 a 0,45 cN/dtex, preferentemente de 0,15 a 0,40 cN/dtex. Cuando la tensión de estirado está comprendida dentro de los límites anteriores, la resistencia del hilo estirado resulta ser de unos 2 cN/dtex o superior. Como resultado de ello, el hilo tiene una resistencia mecánica suficiente y su alargamiento a la rotura llega a ser del 40% o superior; no se forman motas ni hay rotura del hilo durante el estirado, y el hilo puede ser fabricado industrialmente de manera estable.
La tensión de estirado es una tensión entre los rodillos de guía de recogida y los rodillos de guía de estirado (los mismos que los rodillos del tratamiento térmico final de la figura 6), y se determina escogiendo la relación de la velocidad periférica de los rodillos de guía de recogida con respecto a la velocidad periférica de los rodillos de guía de estirado, es decir, la relación de estirado, y la temperatura del rodillo de guía de recogida.
En el método productivo de la presente invención, se devana el hilo estirado con la condición de que la relación (V/R_{2}) de la velocidad de devanado V (m/min) con la velocidad R_{2}del rodillo de guía del tratamiento térmico final (m/min) satisfaga la fórmula (2):
(2)0.8 \leq V/R_{2} \leq -6.6 \ \times 10^{-5} \ R_{2} + 1.15
La relación de velocidad V/R_{2} significa una relación de destensado desde los rodillos de guía del tratamiento térmico final con respecto al devanado. Cuando V/R_{2} está dentro de los límites que aparecen en la fórmula (2), la tensión del hilo entre los rodillos de guía del tratamiento térmico final y la devanadora es la apropiada, y puede realizarse un devanado estabilizado. Además, debido a que la tensión por la contracción térmica en seco del hilo estirado está dentro de los límites definidos por la presente invención, no se produce un tensado de la bobina.
La gama que cumple con la fórmula (2) queda ilustrada de forma comprensible mediante una zona rodeada por una línea ligeramente más gruesa en la figura 7. En la figura 7, la abscisa indica la velocidad R_{2} del rodillo de guía del tratamiento térmico final, y la ordenada indica la relación V/R_{2} de la velocidad de devanado V con respecto a la velocidad R_{2} del rodillo de guía del tratamiento térmico final.
En la presente invención, siempre que se cumpla la fórmula (2), el hilo estirado es devanado con una relación de velocidad tal que la tensión del hilo entre los rodillos de guía del tratamiento térmico final y la devanadora llega a ser preferentemente de 0,04 a 0,12 cN/dtex, más preferentemente de 0,04 a 0,07 cN/dtex. Cuando la tensión del devanado está comprendida dentro de los límites anteriores, la bobina de hilo estirado no tiene nunca bordes salientes ni abultamiento.
En la presente invención, la velocidad del rodillo de guía de recogida es preferentemente de 3.000 m/min o inferior. Cuando la velocidad supera los 3.000 m/min, la velocidad del rodillo de guía del tratamiento térmico final sobrepasa los 4.500 m/min, y la contracción del hilo estirado enrollado en una bobina llega a ser considerable. La velocidad del rodillo de guía de recogida es más preferentemente de 2.000 m/min o inferior.
En el método para producir una bobina de hilo estirado de la invención, la velocidad R_{2} del rodillo de guía del tratamiento térmico final es de 2.300 a 4.500 m/min, preferentemente de 2.500 a 3.500 m/min.
Cuando la velocidad R_{2} de los rodillos de guía del tratamiento térmico final está dentro de los límites anteriores, la variación de los filamentos es insignificativa durante un periodo en el cual los filamentos son fundidos por rotación y devanados sobre los primeros rodillos de guía, y el proceso de hilatura y estirado puede ser llevado a cabo de forma estable. Además, como el hilo estirado durante el devanado, o el que ha sido devanado en una bobina, no se contrae de manera substancial, no se producen bordes salientes ni un hinchado de las superficies laterales de la bobina, denominado abultamiento.
La velocidad de devanado V es preferentemente de 1.800 a 3.800 m/min o inferior. Cuando la velocidad sobrepasa los 3.800 m/min, el devanado a alta velocidad no solamente disminuye la tensión de devanado sino que hace que tienda a dificultarse la mejora de la capacidad de desenrollado de la bobina de hilo estirado por los motivos explicados más adelante. Cuando la velocidad de devanado es más elevada, se considera que el hilo estirado se contrae en las condiciones de una bobina de hilo estirado.
En la presente invención se prefiere que, durante el devanado en una bobina de un hilo estirado en un proceso directo de hilatura y estirado de PTT, tanto el eje del carrete como el rodillo de contacto que está en contacto con la devanadora dispongan de una fuerza de accionamiento. Según ello, una devanadora para ser utilizada en la presente invención tiene preferentemente un sistema de accionamiento en el cual, tanto el eje del carrete (13) como el rodillo de contacto (14) están en contacto con dicho sistema, disponiendo cada uno de ellos de una fuerza de accionamiento.
En el método productivo de la invención, el hilo estirado es devanado mientras la velocidad periférica V_{c} (m/min) del rodillo de contacto se hace mayor que la velocidad de devanado V (m/min) preferentemente del 0,3 al 2%, más preferentemente del 0,5 al 1,5%. Cuando la velocidad periférica V_{c} del rodillo de contacto llega a ser mayor que la velocidad de devanado V en un 0,3% o más, mejora aun más la reducción de los bordes salientes de la bobina de hilo estirado y mejora la reducción del abultamiento. Cuando la relación de la velocidad periférica (V_{c}/V) llega a ser de un 0,3% o mayor, puede quedar suprimida la contracción del hilo estirado en la bobina incluso a una velocidad del rodillo de guía de recogida de 3.000 m/min o menos.
Aunque una mayor relación de la velocidad periférica (V_{c}/V) incrementa más los efectos de reducción de los bordes salientes y del abultamiento de la bobina, el motor de accionamiento del rodillo de contacto llega a ser demasiado grande para hacer que V_{c}/V sea mayor del 2%, y la devanadora es difícil de diseñar.
En el método productivo de la presente invención, durante un periodo desde el inicio hasta el final del devanado de un hilo estirado en una bobina, el hilo es devanado mientras que el ángulo transversal de devanado va variando de acuerdo con el diámetro de devanado, desde 3 a 10º, preferentemente de 4 a 9º. Cuando el ángulo transversal está dentro de los límites anteriores, el hilo puede ser devanado normalmente sin que el devanado se desmorone, y no se forman bordes salientes en la bobina. Además, puede fijarse el ángulo transversal regulando la velocidad de devanado y la velocidad transversal.
En la presente invención, se prefiere hacer que el ángulo transversal de la capa exterior sea mayor que el de la capa interior. La capa interior de la bobina se refiere a la parte devanada que tiene un espesor desde el carrete de unos 10 mm o menos.
Una realización preferente de la variación del ángulo transversal según el diámetro de devanado es la siguiente: al inicio del devanado, es decir, en la capa interior de la bobina, se hace que el ángulo transversal sea pequeño; de forma gradual se va incrementando con el diámetro de devanado, y llega a ser el máximo en la capa intermedia; a continuación, vuelve a disminuir de nuevo hasta que el hilo a devanar alcanza la capa exterior. Tal como se ha explicado anteriormente, puede disminuirse tanto el abultamiento como los bordes salientes devanando el hilo estirado mientras el ángulo transversal va variando de acuerdo con el diámetro de devanado.
Las configuraciones de variación del ángulo transversal según el diámetro de devanado están ejemplificadas en la figura 8. En la figura 8, las configuraciones a, b y c son ejemplos preferentes (en la presente invención) de la variación del ángulo transversal; la configuración d es un ejemplo (ejemplo comparativo) en el cual el ángulo transversal no varía incluso cuando varía el diámetro.
En el método productivo de la presente invención, se devana un hilo estirado mientras la bobina va siendo enfriada durante el devanado a temperaturas de 30ºC o inferiores, preferentemente a unos 25ºC o menos, más preferentemente a 20ºC o inferiores. Cuando la temperatura de la bobina es de 30ºC o menos, la contracción del hilo estirado devanado es pequeña, y la bobina no tiene bordes salientes. Se prefiere una temperatura inferior de la bobina. Puede obtenerse una bobina que muestre una mejor capacidad de desenrollado al devanar un hilo estirado a una temperatura de unos 25ºC o menos y seleccionando otras condiciones de devanado.
El enfriamiento de la bobina durante el devanado a 30ºC o menos se consigue rodeando la devanadora y enfriando la temperatura periférica de la bobina con aire de enfriamiento a unos 20ºC o menos. La devanadora a utilizar es seleccionada preferentemente de manera que pueda eliminarse la transmisión del calor generado por el propio motor a la bobina a través del eje del carrete.
La utilización del hilo estirado de PTT obtenido con la presente invención proporciona una tela tejida o de género de punto que tiene una buena calidad sin defectos tales como defectos de vetas o de hilo tensado, y proporcionando un tacto suave.
Los hilos estirados por sí solos, obtenidos mediante la presente invención, pueden ser utilizados para producir telas tejidas o de género de punto. Alternativamente, los hilos estirados de la invención y de otras fibras pueden ser mezclados y utilizados para una parte de las telas. Entre los ejemplos de otras fibras compuestas para ser mezcladas se incluyen hilos de filamentos y fibras cortas de poliéster, celulosa, nylon 6, nylon 66, acetato, fibra acrílica, poliuretano (fibras elásticas), lana y seda; no obstante, las fibras no están limitadas a los ejemplos anteriores.
El hilo estirado obtenido mediante la presente invención puede ser sometido a una falsa torsión, y utilizado para un hilo texturado para una tela. Además, la tela puede estar formada totalmente por el hilo de falsa torsión de la presente invención. De manera alternativa, con el fin de obtener una tela tejida o de género de punto en la cual el hilo con falsa torsión y de otra fibra están compuestos por mezclado, el hilo compuesto por la mezcla puede ser producido mediante diversos métodos de mezclado. Entre los ejemplos de los métodos se incluyen los siguientes: el hilo con falsa torsión y otra fibra son sometidos a un mezclado por entrelazado; el hilo y otra fibra son sometidos a un mezclado entrelazado y son estirados y sometidos a falsa torsión; el hilo u otra fibra son sometidos a falsa torsión, y ambos son sometidos a un mezclado por entrelazado; el hilo y otra fibra son sometidos a falsa torsión por separado y ambos son sometidos a un mezclado por entrelazado; el hilo u otra fibra son sometidos a un texturado Taslan y ambos son sometidos a un mezclado por entrelazado; el hilo y otra fibra son sometidos a un mezclado por entrelazado y el hilo resultante es sometido a un texturado Taslan; el hilo y otra fibra son sometidos a un mezclado Taslan. El hilo compuesto por mezcla obtenido mediante un método del tipo antes mencionado es preferentemente impartido con un entrelazado en una cantidad de 10 puntos/m o más, más preferentemente de 15 a 50 puntos/m.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es una vista que muestra de manera esquemática una bobina que tiene una forma de devanado normal. En la figura 1, los numerales de referencia (20) y (21) indican un carrete y una bobina, respectivamente.
La figura 2 es una vista que muestra de manera esquemática una realización de una bobina deformada que tiene los bordes elevados. En la figura 2, los signos (\alpha) y (\beta) indican el diámetro de la parte de los bordes y de la parte central, respectivamente.
La figura 3 es un ejemplo de un gráfico que muestra la variación de la tensión de desenrollado que se observa cuando un hilo estirado es desenrollado a velocidad elevada de una bobina que tiene una forma de devanado aceptable, tal como muestra, la figura 1.
La figura 4 es un ejemplo de un gráfico que muestra la variación de la tensión de desenrollado que se observa cuando un hilo estirado es desenrollado a elevada velocidad de una bobina que tiene una forma de devanado con bordes salientes, tal como muestra la figura 2.
En las figuras 3 y 4, la abscisa indica una longitud de hilo estirado y la ordenada indica la tensión de desenrollado (g).
La figura 5 es un gráfico que muestra la relación entre la velocidad de desenrollado y la diferencia de tensión durante el desenrollado de un hilo estirado de una bobina.
La figura 6 es una vista esquemática que muestra una realización de la etapa de producción de una bobina de hilo estirado. En la figura 6, los numerales de referencia indican lo siguiente: (1): una máquina secadora; (2): una prensa de extrusión; (3): una curva; (4): un cabezal rotativo; (5): un conjunto de hilatura; (6): una hilera; (7): multifilamentos; (8): aire de enfriamiento; (9): un aplicador de un agente de acabado; (10): rodillos de guía de recogida; (11): rodillos de guía del tratamiento térmico final; (12): una bobina de hilo estirado ; (13): un rodillo de contacto; (14): un eje de carrete.
La figura 7 es un gráfico que muestra la relación entre la velocidad de un rodillo de guía del tratamiento térmico final y la proporción entre la velocidad de devanado con respecto a la velocidad del rodillo de guía del tratamiento térmico final.
La figura 8 es un gráfico que muestra ejemplos de la configuración de la variación del ángulo transversal correspondiente a un diámetro de devanado durante el devanado. En la figura 8, las configuraciones a, b y c son ejemplos preferentes (en la presente invención) de la variación del ángulo transversal; una configuración d es un ejemplo (ejemplo comparativo) en el cual el ángulo transversal no varía cuando el diámetro de devanado aumenta.
Mejor forma de llevar a cabo la invención
La presente invención será explicada adicionalmente a continuación haciendo referencia a ejemplos. No obstante, no es preciso decir que la presente invención no está limitada a los mismos.
Además, los métodos de medición, los métodos de evaluación y similares son tal como los descritos a continuación.
(1) Viscosidad intrínseca [\eta]
La viscosidad intrínseca es un valor determinado en base a la definición de la siguiente fórmula:
[\eta] = lim \ (\eta_{r} -1)/C
C \rightarrow 0
en la que \eta_{r} es un valor obtenido dividiendo la viscosidad a 35ºC de una solución diluida de un polímero de PTT preparado disolviendo el polímero en un disolvente de o-clorofenol con una pureza del 98% o superior, por la viscosidad del disolvente medida a la misma temperatura y definida como viscosidad relativa, y C es la concentración de polímero expresada en g/100 ml.
(2) Estabilidad de la rotación
Utilizando una máquina de hilatura y estirado directo por fusión, sobre la cual está montada una tobera rotativa que tiene 8 salidas por husillo, se lleva a cabo un estirado rotativo continuo por fusión durante dos días en cada ejemplo.
La estabilidad de la rotación se evalúa a partir del número de roturas del hilo durante este periodo, y la frecuencia de formación de motas (proporción del número de bobinas con formación de motas) presentes en las bobinas del hilo estirado obtenido de esta forma según los siguientes criterios.
\varocircle: No se produce rotura, y la proporción de formación de motas es del 5% o menos.
\medcirc: Se produce rotura del hilo dos veces o menos, y la proporción de bobinas con formación de motas es inferior al 10%.
X: Se produce una rotura del hilo tres o más veces, y la proporción de bobinas con formación de motas es del 10% o mayor.
(3) Resistencia a la rotura, alargamiento de rotura
La resistencia a la rotura y el alargamiento de rotura se miden según JIS L 1013.
(4) Diferencia de diámetros (grado de bordes salientes) de la bobina
Se miden el diámetro (\alpha) de la parte del borde y el diámetro (\beta) de la parte central de la bobina ilustrada en la figura 2, y la diferencia se obtiene mediante la siguiente fórmula:
Diferencia de diámetros (mm) = \alpha - \beta
(5) Tensión por la contracción térmica en seco
Las mediciones se realizan con un aparato de medición de tensiones térmicas (nombre comercial KE-2, fabricado por Kanebo Engineering, LTD.). Se corta un hilo estirado para obtener una muestra de hilo de 20 cm de longitud. Se atan ambos extremos de la muestra para formar un anillo, que se monta en el aparato de medición. Las mediciones se realizan en las siguientes condiciones: una carga inicial de 0,044 cN/dtex; y una velocidad de calentamiento de 100ºC/min. Durante las mediciones se traza un gráfico de la tensión por contracción térmica con respecto a la temperatura.
La temperatura a la cual empieza a manifestarse la tensión por contracción térmica en el gráfico se define como la temperatura inicial de manifestación de la tensión térmica. La tensión de contracción térmica dibuja una curva en forma de montaña en la zona de las temperaturas elevadas. La temperatura a la cual se manifiesta el valor pico se define como la temperatura extrema, y la tensión se define como la tensión extrema.
(6) Diferencia de tensión al desenrollado
Se desenrolla un hilo estirado de una bobina de hilo estirado a una velocidad de 1.000 m/min, y se registra en un gráfico la tensión de desenrollado.
La tensión se mide con un tensiómetro (nombre comercial MODEL 1500, fabricado por Eiko Sokki K.K.).
En cada medición, se mide la tensión durante 60 segundos, y la variación de tensión se registra en un gráfico. En los resultados registrados se lee la amplitud de la variación (g) de la tensión de desenrollado, y la diferencia de tensión de desenrollado se determina dividiendo la amplitud de la variación por el tamaño del hilo estirado.
(7) Evaluación de la tela
Las telas se preparan como se explica a continuación.
Se utiliza un hilo estirado de PTT de 56 dtex/24 f y un hilo estirado de 84 dtex/36 f como hilo de urdimbre y como hilo de trama, respectivamente, y se prepara una tela tejida sencilla a partir de los hilos.
Densidad de la urdimbre: 97 hilos de urdimbre/2,54 cm
Densidad de la trama: 98 pasadas /2,54 cm
Telar: nombre comercial Air Jet Loom ZA-103, fabricado por Tsudakoma Co., Ltd.
Velocidad de tejido: 600 rpm (900 m/min).
La tela gris obtenida de esta manera es blanqueada en las condiciones siguientes, y sometida a una serie de tratamientos de teñido y acabado.
Blanqueo: se utiliza una máquina de blanqueo continua del tipo de enjabonadora abierta (fabricada por Wakayama Tekko Co., Ltd.). Se utiliza hidróxido sódico en una proporción de 5 g/l. La temperatura se fija a 100ºC.
Prefijado: se utiliza una máquina fijadora por calor (fabricada por Hirano Kinzoku K.K.). La temperatura de prefijado se fija a 180ºC. El tiempo de prefijado es de 30 segundos.
Teñido: se utiliza una máquina circular de teñir (fabricada por HISAKA Works, Ltd.). Se utiliza un tinte (C.I. Disperse Blue 291) en una proporción del 1%. Se utiliza un agente dispersante (nombre comercial Disper TL) en una proporción de 1 g/l. Se ajusta el pH con ácido acético en una proporción de 0,5 ml/l. La temperatura de teñido se fija a 110ºC. El tiempo de teñido es de 30 segundos.
Fijación del acabado: la temperatura de fijación del acabado es de 170ºC. El tiempo de fijación del acabado es de 30 segundos.
La tela obtenida de esta forma es inspeccionada por un inspector experto, y la calidad del tejido es evaluada de acuerdo con los siguientes criterios.
\varocircle: La tela no tiene defectos tales como hilos tirantes o falta de uniformidad, y es muy buena.
\medcirc: La tela no tiene defectos tales como hilos tirantes o falta de uniformidad, y es aceptable.
X: La tela tiene hilos tirantes y falta de uniformidad, y no es aceptable.
(8) Evaluación global
\varocircle: Tanto la estabilidad a la rotación como la calidad de la tela son extremadamente buenas.
\medcirc: Tanto la estabilidad a la rotación como la calidad de la tela son aceptables.
X: Ni la estabilidad a la rotación ni la calidad de la tela son aceptables.
Ejemplos 1 a 5, Ejemplos comparativos 1 y 2
El efecto de la tensión de estirado se explicará en los ejemplos presentes.
Se sometieron a rotación y se estiraron de forma continua gránulos de PTT que contenían el 0,4% en peso de óxido de titanio y que tenían una viscosidad intrínseca de 0,91, utilizando una máquina rotativa, una máquina de estirado y una devanadora tal como se muestra en la figura 6.
La relación entre la velocidad de devanado y la velocidad de los rodillos de guía del tratamiento térmico final (con el número de referencia (11) en la figura 6) se varió durante el devanado tal como se muestra en la Tabla 1, y se obtuvo un hilo estirado de PTT de 84 dtex/36 filamentos.
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Las condiciones de la rotación de los presentes ejemplos y de los ejemplos comparativos son las que se explican a continuación.
Condiciones de rotación
Temperatura de secado de los gránulos y contenido de humedad alcanzado: 110ºC, 25 ppm
Temperatura de la prensa de extrusionado: 260ºC
Temperatura del cabezal de hilatura: 265ºC
Diámetro de la tobera giratoria: 0,40 mm
Cantidad de polímero inyectado: determinada en cada una de las condiciones de manera que la dimensión del hilo estirado sea de 84 dtex.
Condiciones del aire de enfriamiento: temperatura 22ºC, humedad relativa del 90%, velocidad de soplado de 0,5 m/seg.
Agente de acabado: emulsión acuosa de un agente de acabado (concentración del 30% en peso) que contiene éster de poliéter como componente principal
Velocidad del rodillo de guía de recogida: 1.200 m/min
Temperatura del rodillo de recogida: 55ºC
Temperatura del rodillo de guía del tratamiento térmico final: 120ºC.
Devanadora: nombre comercial AW-909, fabricada por TEIJIN SEIKI Co., Ltd., accionada biaxialmente mediante el eje del carrete y un rodillo de contacto
Diámetro exterior del carrete de cartón para el devanado: 108 mm
Relación entre la velocidad periférica del rodillo de contacto V_{c} / velocidad de devanado V: 1,007 (0,7%)
Ángulo transversal: modificado de la manera que se muestra mediante la configuración a de la figura 8.
Inicio del devanado: 5,5º
Espesor del devanado hasta 10 mm: 7,5º
Espesor del devanado de 30 a 60 mm: 8,5º
Espesor del devanado de 60 a 100 mm: disminuyendo gradualmente desde 8 a 4º.
Espesor del devanado de 100 a 110 mm: 4º
Presión de contacto del devanado: 2 kg/bobina
Tensión de devanado: 0,04 cN/dtex
Temperatura de la bobina durante el devanado: 20ºC (medida con un termómetro sin contacto).
Bobina de hilo estirado
Tamaño/filamentos: 83,2 dtex/36 f
Porcentaje de humedad: 0,6% en peso
Anchura de devanado: 85 mm
Diámetro de devanado: 320 mm
Longitud de hilo desde la parte de borde hasta la parte del borde opuesto: 90 cm
Peso de bobinado: 5,2 kg/carrete
La bobina devanada de hilo estirado se mantuvo en un entorno a una temperatura de 30ºC y una humedad relativa del 60% durante 60 días.
La Tabla 1 muestra las propiedades físicas y de capacidad de desenrollado (velocidad de desenrollado de 1.000 m/min) de la bobina de hilo estirado obtenida de esta manera.
Además, la figura 3 muestra un gráfico de la variación de la tensión de desenrollado obtenido cuando la bobina de hilo estirado del Ejemplo 4 fue desenrollada a una velocidad de desenrollado de 1.000 m/min.
De manera similar, la figura 4 muestra un gráfico de la variación de la tensión de desenrollado obtenido cuando la bobina de hilo estirado en el Ejemplo comparativo 1 fue desenrollada a una velocidad de desenrollado de 1.000 m/min.
Además, la Tabla 2 muestra la diferencia de tensión de desenrollado obtenida desenrollando la bobina de hilo estirado del Ejemplo 4 o la del Ejemplo comparativo 1, al variar simultáneamente la velocidad de desenrollado.
Según las Tablas 1 y 2, resulta evidente que una bobina de hilo estirado muestra una buena capacidad de desenrollado después de almacenamiento durante un periodo de tiempo prolongado siempre que la tensión de estirado y la tensión de contracción térmica en seco estén comprendidas dentro de los límites de la presente invención, y que la tela obtenida con el hilo estirado de la bobina sea aceptable.
En el Ejemplo Comparativo 1, la tracción de estirado era elevada, y a menudo se formaban motas en el hilo estirado. Además, la bobina de hilo estirado obtenida de esta manera tenía bordes salientes, y la diferencia en la tracción de desenrollado era elevada. Como resultado de ello, la tela tenía una mala calidad.
TABLA 1
Ej. 1 Ej. 2 Ej. 3 Ej. 4 Ej. 5 Ej. 6 Ej. Comp. 1
Tensión de estirado (cN/dtex) 0,18 0,24 0,31 0,35 0,37 0,42 0,48
Velocidad R_{2} del rodillo de guía 2.660 2.965 3.260 3.395 3.480 3.630 3.760
final (m/mind)
Velocidad V de devanado (m/min) 2.500 2.700 2.900 2.990 3.030 3.114 3.500
V\R_{2} 0,94 0,92 0,89 0,88 0,87 0,86 0,93
Estabilidad de la rotación \varocircle \varocircle \varocircle \varocircle \varocircle \medcirc X
Alargamiento de la rotura (%) 72 64 55 52 50 48 43
Tensión de contracción térmica
en seco (cN(dtex) 0,04 0,07 0,10 0,10 0,12 0,15 0,19
Diferencias de diámetros de la
bobina (mm) 3 4 4 4 6 8 11
Diferencia de tensión de desen-
rollado \DeltaF (cN/dtex) 0,002 0,002 0,003 0,003 0,004 0,007 0,010
Calidad de la tela \medcirc \varocircle \varocircle \varocircle \varocircle \medcirc X
Evaluación global \medcirc \varocircle \varocircle \varocircle \varocircle \medcirc X
TABLA 2
Velocidad de desenrollado u (m/min) 500 800 1.000 1.300
Diferencia de tensión en el Ej. 4 0,001 0,002 0,003 0,005
desenrollado \DeltaF (cN/dtex) Ej. compl. 1 0,006 0,008 0,010 0,013
Ejemplos 7 y 8, Ejemplos comparativos 2 y 3
En los presentes ejemplos, se explicará el efecto de la relación (V/R_{2}) de una velocidad de devanado V con respecto a la velocidad R_{2} del rodillo de guía del tratamiento térmico final.
Se repitió el procedimiento del Ejemplo 3 excepto en que se modificó la velocidad de devanado, tal como muestra la Tabla 3, y los resultados aparecen en la Tabla 3.
Según la Tabla 3 es evidente que puede obtenerse una buena bobina de hilo estirado y una tela de excelente calidad siempre que la relación entre la velocidad de devanado V y la velocidad R_{2} del rodillo de guía del tratamiento térmico final esté comprendida dentro de los límites de la presente invención.
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 3
Ej. 7 Ej. 8 Ej. Comp. 2 Ej. Comp. 3
Velocidad R_{2} del rodillo de guía final (m/mind) 3.395 3.395 3.395 3.395
Velocidad V de devanado (m/min) 3.000 3.080 3.180 3.280
V/R_{2} 0,89 0,91 0,94 0,96
Tensión de devanado (cN/dtex) 0,04 0,12 0,18 0,23
Tensión de contracción térmica en seco (cN/dtex) 0,10 0,12 0,17 0,20
Diferencia de diámetros de la bobina (mm) 4 8 11 13
Diferencia de tensión de desenrollado \DeltaF (cn/dtex) 0,002 0,007 0,010 0,016
Cantidad de la tela \varocircle \medcirc X X
Evaluación global \varocircle \medcirc X X
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplos 9 y 10, Ejemplo Comparativo 4
En los presentes ejemplos, se explicará el efecto de la modificación del ángulo transversal de acuerdo con el diámetro de devanado.
El procedimiento del Ejemplo 1 fue repetido excepto en que el ángulo transversal fue modificado durante el devanado de acuerdo con el diámetro de devanado.
La configuración variable del ángulo agudo fue seleccionada entre b, c ó d, ilustradas en la figura 8, y la Tabla 4 muestra los resultados.
Según la Tabla 4 queda claro que se obtuvo una bobina de hilo estirado aceptable que presentaba una excelente capacidad de desenrollado cuando se seleccionó la configuración de modificación del ángulo transversal dentro de los límites de la presente invención (b (Ejemplo 9) o c (Ejemplo 10)).
Por otra parte, cuando el ángulo transversal era constante (Ejemplo comparativo 4), tal como muestra la configuración d de la figura 8, se formó una bobina con bordes salientes, y la bobina mostró una deficiente capacidad de desenrollado a elevada velocidad.
TABLA 4
Ej. 9 Ej. 10 Compl. 4
Configuración de la modificación del ángulo transversal b en la fig. 8 c en la fig. 8 d en la fig. 8
Tensión de contracción térmica en seco (cN/dtex) 0,04 0,04 0,05
Diferencia de diámetros de la bobina (mm) 7 8 11
Diferencia de tensión de desenrrollado \DeltaF (cN/dtex) 0,006 0,007 0,009
Calidad de la tela \varocircle \medcirc X
Evaluación global \varocircle \medcirc X
Ejemplos 11 a 14
En los presentes ejemplos, se explicará el efecto de la anchura de devanado de una bobina de hilo estirado.
Se repitió el procedimiento del Ejemplo 4 excepto en que se modificó la anchura transversal de la devanadora durante el devanado, tal como se muestra en la Tabla 5. La Tabla 5 muestra el peso del devanado y la forma de la bobina de hilo estirado obtenida de esta manera, y la calidad de la tela así obtenida.
Según la Tabla 5, es evidente que cuando la amplitud de devanado de una bobina de hilo estirado estaba comprendida dentro de los límites preferentes de la invención, la bobina mostró una mejor capacidad de desenrollado y la tela tenía una mejor calidad.
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 5
Ej. 11 Ej. 12 Ej. 13 Ej. 14
Amplitud de devanado de la bobina (mm) 85 110 190 300
Diámetro de devanado de la bobina (mm) 300 300 300 200
Peso del devanado de la bobina (Kg) 4,5 5,9 10,4 7,0
Diferencia de diámetros de la bobina (mm) 5 4 4 3
Diferencia de tensión de desenrollado \DeltaF (cN/dtex) 0,003 0,005 0,006 0,008
Calidad de la tela \varocircle \varocircle \varocircle \medcirc
Evaluación global \varocircle \varocircle \varocircle \medcirc
Ejemplos 15 a 17
En los presentes ejemplos, se explicarán los efectos del sistema de accionamiento del eje del carrete y del rodillo de contacto que entra en contacto con dicho sistema de una devanadora, y la relación de la velocidad periférica del rodillo de contacto con respecto a la velocidad de devanado.
Se repitió el procedimiento del Ejemplo 4 durante el devanado, excepto en que se modificó el tipo de devanadora y la relación de la velocidad periférica V_{c} del rodillo de contacto con respecto a la velocidad de devanado V, tal como se muestra en la Tabla 6. La Tabla 6 muestra los resultados.
Velocidad del rodillo de guía de recogida: 2.800 m/min
Velocidad del rodillo de guía del tratamiento térmico final R_{2}: 4.005 m/min
Tensión de estirado: 0,40 cN/dtex
Velocidad de estirado: 3.440 m/min
Tensión de devanado: 0,04 cN/dtex
Según la tabla 6 queda claro que cuando la velocidad periférica V_{c} del rodillo de contacto era mayor que la velocidad de devanado V, se obtuvo una bobina de hilo estirado que mostraba una buena capacidad de desenrollado y una calidad aceptable de la tela, con independencia de la elevada velocidad de devanado.
TABLA 6
Ej. 15 Ej. 16 Ej. 17
Fuerza de accionamiento del rodillo del contacto si si si
Vc/V 1,000(0%) 1004(0,4%) 1,010(1,0%)
Diferencia de diámetros de la bobina (mm) 8 6 5
Diferencia de tensión de desenrollado \DeltaF (cN/dtex) 0,008 0,005 0,006
Calidad de la tela \medcirc \varocircle \varocircle
Evaluación global \medcirc \varocircle \varocircle
Ejemplos 18 y 19, Ejemplos comparativos 5 y 6
En los presentes ejemplos, se explicará el efecto de la temperatura de una bobina de hilo estirado durante el devanado.
Se repitió el ejemplo del ejemplo 4, excepto en que se modificó la temperatura de la bobina durante el devanado tal como muestra la Tabla 7. La Tabla 7 muestra la forma y la capacidad de desenrollado de una bobina de hilo estirado obtenida de esta manera.
Según la Tabla 7, es evidente que se obtuvo una bobina que tenía una forma de devanado aceptable y una buena capacidad de desenrollado, siempre que la temperatura de la bobina durante el devanado se mantuvo dentro de los límites de la presente invención.
TABLA 7
Ej. 18 Ej. 19 Ej. Comp. 5 Ej. Comp. 6
Temperatura de la bobina durante el devanado (ºC) 25 30 35 40
Diferencia de diámetro de la bobina (mm) 6 9 12 16
Diferencia de tensión de desenrollado \DeltaF (cN/dtex) 0,004 0,007 0,011 0,015
Calidad de la tela \varocircle \medcirc X X
Evaluación global \varocircle \medcirc X X
Aplicabilidad industrial
La presente invención da a conocer una bobina de hilo estirado de PTT obtenida mediante un proceso directo de hilatura y estirado, que tiene un peso de devanado industrialmente práctico, y una excelente capacidad de desenrollado durante el desenrollado a elevada velocidad incluso después de almacenamiento durante un periodo de tiempo prolongado.
Una tela obtenida por tejeduría o por género de punto, utilizando una bobina de hilo estirado de PTT de la presente invención tiene una calidad aceptable sin defectos tales como defectos de vetas o hilos tirantes.

Claims (8)

1. Bobina de hilo estirado de poli(tereftalato de trimetileno), es decir, una bobina en forma de queso formada devanando un hilo estirado con una cantidad de estirado de 2 kg o más, obtenida mediante un proceso directo de hilatura y estirado de un poli(tereftalato de trimetileno) que comprende el 95% por mol o más de unidades repetitivas de tereftalato de trimetileno, cumpliendo la bobina con los siguientes requisitos (1) al (4):
(1) el hilo estirado muestra una tensión de contracción térmica en seco de 0,01 a 0,15 cN/dtex;
(2) se modifica el ángulo transversal según el diámetro de devanado de la bobina y se selecciona entre 3 a 10 grados según el diámetro de devanado, y la diferencia entre el valor mínimo y el valor máximo de dicho ángulo es de un grado por lo menos;
(3) la diferencia de diámetros entre la parte del borde y la parte central de la bobina es de 10 mm o menor; y
(4) la diferencia de tensión en el desenrollado \DeltaF (cN/dtex) durante el desenrollado del hilo estirado que ha sido devanado en la bobina satisface la siguiente fórmula (1):
(1)\Delta F \leq 8,0 \ \times \ 10^{-4} \ u
en la que u es la velocidad de desenrollado (m/min).
2. Bobina de hilo estirado de poli(tereftalato de trimetileno), según la reivindicación 1, en la que la tensión de contracción térmica en seco del hilo estirado es de 0,02 a 0,13 cN/dtex.
3. Bobina de hilo estirado de poli(tereftalato de trimetileno), según las reivindicaciones 1 ó 2, en la que la amplitud del devanado de la bobina es de 60 a 200 mm, y el diámetro de devanado de la misma es de 200 a 400 mm.
4. Bobina de hilo estirado de poli(tereftalato de trimetileno), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que el ángulo transversal en la parte devanada que tiene un espesor de devanado superior a 10 mm es mayor que el de la parte devanada que tiene un espesor de devanado de 10 mm o menor.
5. Bobina de hilo estirado de poli(tereftalato de trimetileno), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que el alargamiento a la rotura del hilo estirado es del 40 al 90%.
6. Método para producir una bobina de hilo estirado de poli(tereftalato de trimetileno), en el que el poli(tereftalato de trimetileno) es devanado y tratado térmicamente utilizando por lo menos dos pares de rodillos de guía, en un proceso de hilatura y estirado del poli(tereftalato de trimetileno), y el hilo estirado es devanado en una bobina, satisfaciendo el método los siguientes requisitos (a) a (d) durante el devanado:
(a) la tensión de devanado es de 0,05 a 0,45 cN/dtex;
(b) la relación V/R_{2} de la velocidad de devanado V (m/min) y la velocidad R_{2} (m/min) del rodillo de guía del tratamiento térmico final satisface la fórmula siguiente (2):
(2)0,8 \leq V/R_{2} \leq -6,6 \ \times \ 10^{-5} \ R_{2} + 1,15
siempre que la velocidad R_{2} del rodillo de guía del tratamiento térmico final esté comprendida entre 2.300 y 4.500 m/min;
(c) el ángulo transversal del devanado durante el devanado del hilo estirado en una bobina desde el inicio hasta el final del devanado varía de 3 a 10 grados según el diámetro de devanado; y
(d) la bobina es enfriada durante el devanado del hilo estirado a una temperatura de 30ºC o inferior.
7. Método para producir una bobina de hilo estirado de poli(tereftalato de trimetileno), según la reivindicación 6, en el que, durante el devanado de un hilo estirado en una bobina mediante un proceso directo de hilatura y estirado, el hilo estirado es devanado con una devanadora que tiene un eje del carrete y un rodillo de contacto que entra en contacto con el eje del carrete, teniendo cada uno de ellos una fuerza de accionamiento mientras que la velocidad periférica
V_{c} (m/min) del rodillo de contacto se hace mayor que la velocidad de devanado V (m/min) en un 0,3 a un 2,0%.
8. Método para producir una bobina de hilo estirado de poli(tereftalato de trimetileno), según las reivindicaciones 6 ó 7, en el que la velocidad de devanado es de 1.800 a 3.800 m/min.
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