本申请声称享有于1999.06.14申请序号为60/139,096表题为 “拉断法和产品”的临时申请的优先权。

本发明的领域

本发明总的涉及一种纤维的转变和纺制工艺，尤其涉及将连续的 长丝纤维拉断成为不连续的长丝纤维并将这些纤维固结成为纱线的 方法。

背景

合成短纤维的纺丝曾被这样生产，将连续长丝切割成短纤维然后 并合成纱线，其方式与棉纤维或毛纤维相同。较简单的直接纺制工艺 也被使用，其中平行的连续长丝被拉断并在喂入辊和送出辊之间的有 时被称为拉断区或牵切区内牵伸形成不连续纤维条，然后加捻形成纺 制的纱线，例如在授予New的US 2,721,440或授予Preston的US 2,784,458所公开的那样。这种早先的工艺进行缓慢，因为受到真正 加捻装置固有速率的限制。作为真正的加捻的替代，Bunting等人在 US 3,110,151中曾公开过可用一种缠结，即交缠的喷气装置来将固 结的短纤维缠结成纱线而制出纱线产品。这种产品能比真正加捻生产 得快，但在强度、洁净和均匀方面不及传统纺制的纱线。另外，授予 Adams等人的US 4,080,778曾公开一种工艺，可将1500-5000旦的 连续长丝丝束加热和拉伸，然后在单一的区段内拉断和牵伸，以高速 通过带孔的牵伸辊和吸丝器排出来保持气体和纤维的同向流动而通 过夹持辊钳口。然后在Bunting所公开的那种型式的缠结喷射下使不 连续的未固结的长丝固结而制出50-300旦的纱线。静电电荷在拉断 和牵伸区内被除去以减少纤维的张开。静电去除装置被设置在运送长 丝通过流程的辊对附近。在拉断区产生的不连续长丝中大约有1.5- 20％的长度超过76cm。在整个流程中纱线轴需要保持在垂直的方 向。这样得到的产品-固结的纱线具有一般高于环锭粗纺纱线的良好 的强度，并且洁净而无粗节。

在授予Gilhaus的US 4,924,556中曾说明可用多个拉断区来逐 渐减少大旦数丝束不连续长丝的长度，该大旦数丝束是由数个低重丝 束通过张力导纱梳栉和导向件结合而成。这样低重喂入丝束可用小于 4.5的捻转运行而保持高生产能力。结合的丝束在一个水平高度上的 捻转和加热区(I区)内被拉伸而断裂，然后依次移动通过一个或多 个逐渐缩短的拉断的拉断区(II-V区)，这些区被水平地布置在另 一个高度上以节省地面空间。拉断区可具有一个或多个“主要”断裂 区使纤维逐渐缩短，及一个或多个可设定平均纤维长度和设定纤维长 度变化率(％cv)的断裂区。形成的丝条可在一个缠绕机构内加工(以 便随后的搬运)、热处理并被收集在罐筒内。丝条可望进一步被加工， 如在一纺丝机内，以便生产出小旦数的纱线。上述过程可处理每支长 丝为3.0旦纤度的喂入丝束，及在拉断区内宽度大于270mm的 110,000-220,000旦的宽带。在该专利图1示出的例子中，第一初步 断裂区即II区，至少为500mm长，并且在这区内造成的长丝长度具 有一个纤维长度从几毫米到II区长度的“接近正态分布”。II区的 长度为在一个可减少断裂力的较长的长度和一个可避免絮凝物断裂 并改善操作条件的较短的长度之间的优化值。还有一个第二初步断裂 区即III区，该区至少为200mm但不大于1000mm，比起II区来是“相 当短的”。接下来还有第一断裂区即IV区，可设定平均纤维长度并 显得比III区短；和第二断裂区即V区，可消除过长纤维、设定纤维 长度的变化率(以％cv为特征)，并显得比IV区短。在V区内，“可 引起断裂的捻转”(被认为就是速比)至少为IV区内断裂捻转的两 倍。

Minorikawa等人在US 4,667,463中曾说明一种水平的在线工艺 流程可用来从纤维束制造包缠纱。该流程包括拉伸丝束使它通过一个 宽度窄小的狭长区域内的加热器、牵伸切割丝束、并使牵伸切割的纤 维经过矫正牵伸切割工步和纱线成形工步。矫正牵伸切割工步区段的 长度约为牵伸切割区段长度的0.4到0.9倍，矫正牵伸切割的拉率至 少为2.5倍。拉伸最好分两阶段进行以便达到90-99％的最大拉伸 率，拉伸的纤维然后被热处理。纱线成形工步使用一种喷射系统在纤 维芯部周围造成包缠纤维并将它们包缠在芯部纤维上从而使纤维固 结。在矫正牵伸切割区段和纱线成形区段内偶而使用皮圈带来调整周 边纤维。在授予Minorikawa的U.S.4,356,690中所说明的这种产 品的特征是，在纱线中多于约15％的长丝的长度小于0.5倍纱线平 均长丝长度，并有多于约15％的长丝的长度大于1.5倍纱线平均长 丝长度。在所示例子中，制造174到532旦(30.5到10棉纱支数) 的纱线的流程的最大输出速率为200米/分(例6)，大多数例子是 在约100米/分的速率下运行的。

用Adams等人所生产的产品存在的问题是，在单一拉断区内生产 出来的1.5-20％的不连续长丝的长度超过76cm会在进一步加工时发 生问题(主要是包缠在辊上)，特别是当所选过程不是在垂直方向上 取向时。在Adams的产品中的长丝还有一个问题是它会限制可从纱线 伸出的长丝端头数，而这个长丝端头在纱线用作纺织品时能提供良好 的手感和外观。

在Gilhaus的水平取向的情况下，可能只是容易在加工大丝束时 采用，因为人们认为大量的长丝能在不连续的长丝之间产生良好的束 内摩擦力，因此在过程中能够不困难地保持丝束的整体性。而在 Adams的情况下，在尚未固结的不连续的纱线中的少量长丝只能提供 很小的摩擦凝聚力。人们认为为了消除由于重力作用在柔弱的纱线上 而造成的侧向力有必要在纱线还没有固结增强之前采用垂直的取 向。

Adams提出所有拉断都在一个区段内完成，任何牵伸也在同一区 段内进行。这种多目的区段使最终的纱线参数难以或不可能分别优 化。

Minorikawa等人可能在控制不连续长丝上有问题，从其使用皮 圈带可以作证。这种缺乏控制和使用皮圈带可能会将其流程速率限制 到其例子中所举出的那样即200米/分，这一速率对于单一低旦数纱 线的商用生产线是太慢了。

因此需要有一用来生产拉断法纱线的改进流程，在该流程中操作 参数能独立地被优化，该流程并不限于在垂直取向下操作，而会从长 丝束中分离出来、包缠在加工设备上、并限制纱线内长丝端头数的过 分长的长丝可不存在。需要有一个流程能够健全地在250米/分以上 的高速下运行以便制出能直接从丝束一次形成纱线的、在经济上能吸 引人的生产线。

本发明的综述

本申请人等曾开发一种工艺流程，能从连续的长丝喂入纱线生产 出长丝长度短于约64cm(25英寸)的、小旦数的、不连续的长丝纱 线从而可使每英寸具有数目多的长丝端头。新工艺流程可在高速下运 行使单一纱线的生产在商业上可行，其生产率大大超过传统上每英寸 具有数目多的长丝端头的、环锭纺的短纤维纱线的生产率。该流程允 许采用垂直的或水平的取向操作而不会损害可运行性。该流程适用于 多种连续长丝纱线聚合物并可用来混合不相同的连续长丝纱线。在较 优的实施例中，该流程使用至少两个断裂区以便在最终的纱线产品中 得到较优的长丝长度而使平均长丝长度大于6.0英寸，第一断裂区的 速比D1和第二断裂区的速比D2都应达到至少为2.0的水平。另外， 第二断裂区长度L2与第一断裂区长度L1之比应限制在0.2到0.6 的范围内以便得到所需的总长丝长度、长度分布、和良好的系统可操 作性。紧接着断裂区为一固结区用来使纱线内的不连续长丝固结并用 任何一种方法使它们搀和以保持纱线的整体性。该流程包括对具有一 个或多个拉断区的系统的改进。

新工艺流程的一个特点是基于这样的一个看法，即重要的是要安 排某些“双夹持”长丝，使它通过整个拉断和牵伸流程。双夹持长丝 是那些长度足够跨越每一拉断和牵伸区的两个辊对之间距离的长 丝。双夹持长丝能给其他长丝提供一些支承从而使每一区内的长线束 具有良好的凝聚，这样可有助于运行性，特别是当用少量长丝制造低 旦数纱线时。人们确信如果在断裂区内采用低速比便可造成能够用作 双夹持长丝的较长的长丝，但这样做需要较多的断裂区方能达到一个 高的总速比以资提高生产率。为了将长丝长度减少到一个低的水平， 以符合生产具有大量长丝端头的纱线的需要，也要求有较多的断裂 区。伸出的长丝端头被认为能给纱线提供较好的手感。本申请人等曾 发现当用较短的纤维制造小旦数纱线而使每英寸长丝端头数优化时 有一较优的操作流程可优化机械的运行性。为了提高生产率，该流程 的总速比必须保持在高水平，速比的增加必须被至少两个断裂区分 摊，同时要求使运行性为最大，而这要求在每一区内保持某一最小部 分的双夹持纤维。本申请人等曾发现要生产出合乎需要的产品，必须 小心控制某些工艺参数。第一断裂区的≥2.0的速比D1和第二断裂区 的≥2.0的速比D2的关系还应较好地满足下列等式：

(D2-1)/(D1-1)≥0.15

更好应满足下列等式：

(D2-1)/(D1-1)≥0.15并≤2.5

在还有一个优选实施例中，第二区的区长还被限制为小于或等于第一 区区长的0.4倍。

在另一个优选实施例中还设有一个分开的区主要用来牵伸已经 断裂的长丝而不再使它断裂。

在还有一些实施例中在断裂区之前还使用拉伸区加热或不加热 地拉伸纤维，但不使它断裂。另外当需要加热纤维并控制产品特性如 收缩率时可使用退火区。退火区是拉伸区内最常见的部分，但可使用 在过程中的各种位置上。

该流程由于提供机会能用以前没有公开过的方式引入各种纤 维，因此能制出范围广泛的拉断法纱线。例如，在该流程中采用多种 不同的区段并在不同的位置引入添加的纤维便能得到不寻常的和新 颖的效果。这种产品的典型做法是用连续长丝纱线与不连续长丝纱线 搀和而成，而连续长丝纱线引入的位置是在断裂和牵伸区的下游及固 结区的上游。使用拉断法，特别是使用本申请人的独特的操作程序， 从聚合物材料我们曾得到下列性能未曾预期的产品：

一种纱线包括长度不同的不连续长丝的固结的人造纤维，长丝沿 着纱线的长度交络以保持纱线的整体性，其中长丝的平均长度即avg. 大于6英寸，并且纤维具有一个长丝长度分布特征为5％小于15％的 长丝具有一个大于1.5avg.的长度。

一种纱线包括长度不同的不连续长丝的固结的人造纤维，长丝沿 着纱线的长度交络以保持纱线的整体性，其中长丝的平均长度大于6 英寸，并且其中纤维包括连续长丝沿着纱线长度与不连续长丝的搀 和，连续长丝具有小于10％的断裂延伸率。

一种纱线包括长度不同的不连续长丝的固结的人造纤维，长丝沿 着纱线的长度交络以保持纱线的整体性，其中长丝的平均长度大于6 英寸，并且其中纤维包括连续长丝沿着纱线长度与不连续长丝的搀 和，连续长丝具有弹性长丝，其断裂延伸率大于约100％，并且在延 伸50％后的弹性回复率至少为30％。

一种纱线包括长度不同的不连续长丝的固结的人造纤维，长丝沿 着纱线的长度交络以保持纱线的整体性，其中长丝的平均长度大于6 英寸，并且其中在纱线内按旦数计至少1％的不连续长丝具有纤维的 长丝与长丝间的摩擦系数为0.1或更小。最好，低摩擦组分为含氟聚 合物。

一种纱线包括长度不同的不连续长丝的固结的人造纤维，长丝沿 着纱线的长度交络以保持纱线的整体性，其中长丝的平均长度即avg. 大于6英寸，并且纤维具有一个长丝长度分布特征为5％到小于15 ％的长丝具有一个大于1.5avg.的长度，并且其中长丝横截面具有宽 度而在宽度内有多个被细部连接起来的粗部，细部在不连续长丝的端 头处被裂开，因此粗部在至少约为三倍长丝宽度的长度上被分开，从 而在长丝上形成裂开的端头。

一种纱线包括长度不同的不连续长丝的固结人造纤维，长丝沿着 纱线的长度交络以保持纱线的整体性，其中长丝的平均长度即avg大 于6英寸，并且纤维具有一个长丝长度分布特征为5％到小于15％的 长丝具有一个大于1.5avg.的长度，而且在纱线内的纤维为两种可用 肉眼辨别其视觉上明显差异的纤维。最好这个差异是彩色上的差异， 纤维的彩色除了亮度大于90％的中性色外，两种纤维的彩色差异至 少为2.0CIELAB(国际照明委员会实验室)单位，亮度和彩色差异 可按ASTM(美国材料试验学会)E12委员会的标准E-284测量，这 样便可制成彩色纱线。

一种纱线包括长度不同的不连续长丝的固结的人造纤维，长丝沿 着纱线的长度交络以保持纱线的整体性，其中长丝的平均长度即avg. 大于6英寸，并且其中在纱线内按旦数计至少1％的不连续长丝的纤 维具有潜在弹性为30％或更多的长丝。最好，该纤维为一双组分的 纱线，其中第一组分为2GT聚酯(聚对苯二甲酸乙二酯)，第二组分 为3GT聚酯(聚对苯二甲酸丙二酯)。

曾经公开过不同的流程用来制造上述的某些产品。还曾公开过一 些流程用来将传统的短纤维纺机转变成用来制造拉断式机械所需喂 入纤维的机械。这些流程包括纺机操作的管理，使它在纺制位置纺制 至少500条纤维，同时生产出多种产品被收集到容器内，这些产品具 有单独的批量大小从约20到200磅，这个批量大小小于单一大旦数 丝束产品的批量；这些流程并提供设施使在制造低旦数丝束产品时用 来从至少一个纺制位置上将丝束收集到容器内。

我们对传统的拉断工艺流程作过各种改进，这些改进包括：

在断裂区内排出夹持辊附近聚集的松散长丝端头并将它们导向 纤维芯部，使在这个方向包围着芯部的松散端头离开芯部中心的距离 不大于从断裂区内排出夹持螺丝每一个相关端离开芯部中心的距 离，从而可减少松散端头的包缠在排出夹持辊上。

在拉断过程中安排纤维通过各功能区段的路径使它们可被弯 折，这样当将第一功能区内的路径向量与下一个接续功能区的向量尾 对尾地放置在一起时可在它们之间形成一个45度到180度的夹角， 这样可为该过程造成一个紧凑的地面面积。

在第一断裂区的出口及在第二断裂区的进口和出口安排不连续 长丝的路径时，使纤维在与不导电的夹持辊接触之前首先与导电的夹 持辊接触，而在纤维要从导电的夹持辊上离开之前，首先从不导电的 夹持辊上离开，这样当纤维移动通过夹持辊时可减少静电积聚在纤维 内。

关于工艺流程和所生产产品的其他变化，本行业的行家从下面的 说明中当可明白。

附图的说明

从下面结合附图所作的说明中当可对本发明的一些特点有清楚 的了解，在附图中：

图1为包括第一断裂区、第二断裂区和固结区的工艺流程作业线 的概略的立视图。

图1A为一辊组的闭合，其时纤维路径为一“亚米茄”路径，这 种路径对高强度纤维或具有低摩擦系数的纤维特别有用。

图2为在两个辊组之间被拉断的纤维内的长丝端头和双夹持长 丝的概略的透视图。

图3为双夹持纤维比率对总速比的关系曲线图，所示为使用模拟 模型的拉断法纤维的两个情况。

图4为双夹持纤维比率对速比的关系曲线图，所示为在两个断裂 区的单一情况下使用模拟模型的拉断法纤维。

图5为着眼于纤维的断裂延伸率eb的图4中信息的灵敏性图。

图6为着眼于断裂区2的长度与断裂区1的长度相比的变化的图 4中信息的灵敏性图。

图7为着眼于两个断裂区的总速比的变化的图4中信息的灵敏性 图。

图8为包括一个拉伸区、一个第一和第二断裂区、和一个固结区 的生产流程线的概略的立视图，其时拉伸区也可起到退火区的作用。

图9为包括一个拉伸区、一个第一和第二断裂区、一个牵伸区、 和一个固结区的生产流程线的概略的立视图。

图10示出图4中的曲线，在边的垂直轴线被扩展，右边的垂直 轴线被添加，以便将图4中的曲线与某些实际试验数据比较。

图10A为对D1和D2不同的值进行设计的可操作性试验得到的数 据画出的曲线图以便为图10的曲线图收集最佳的数据。

图11为用来实施图1、8和9及其变型的工艺流程的机械的概略 的立视图。

图12为图11中用来使松散长丝环绕纤维打旋的涡旋喷管的透视 图。

图13为用来使喂入纤维闲荡通过纤维分布转子并进入振烫容器 的闲荡装置的概略视图。

图14为图13中转子的剖视图。

图15为从实际的纱线试验和对该试验模拟得到的长丝长度分布 图。

图16和17示出只使用单一断裂区的两个可比例子的模拟和得出 的纤维分布，该分布超出本发明的范围。

图18和19示出在其他操作条件下进行的模拟和得出的纤维分 布，该分布在本发明的范围内。

图20示出图9的概略工艺流程，其中添加的喂入纤维在固结区 的上游端被引入。

图21示出图9的概略工艺流程，其中添加的喂入纤维在第一断 裂区的上游端被引入。

图22示出图9的概略过程，其中第一添加喂入纤维在第一断裂 区的上游端被引入，第二添加喂入纤维在固结区的上游端被引入。

图23为图9中过程线的概略立视图，其中在固结区之后包括一 个退火区。

图24示出一个具有裂开端头的拉断法纤维的显微照片。

图25为图24中长丝的横截面。

图26为用来固结纤维的交缠喷射器的透视图。

图27为通过图26中喷射器的截面26-26。

图28为用来固结纤维的气动捻转元件，图中左半部为沿纤维路 径切开的剖视图，而右半部为平面图。

图29为现有技术的短纤维纺机的等角视图，该纺机通过喂入传 统短纤维纱线的流程能提供大旦数的丝束产品。

图30为改进的短纤维纺机的等角视图，该机能提供小旦数和大 旦数的丝束产品。

图31为改进的短纤维纺机的等角视图，该机通过喂入拉断法纱 线的流程能从个别位置上提供小旦数的丝束产品。

图32为一条具有折转路径能节省地面面积的工艺流程作业线的 略图。

图33A、B和C分别为图32中各区段的功能区路径向量的略图。

图34A和34B为一槽的剖视图，该槽在纤维移动通过夹持辊之前 聚集松散的长丝端头使它们朝向纤维芯部。

图35为就不同的平均长丝长度而言，纱线强度对固结装置两喷 嘴间距离的典型曲线图。

虽然本发明将结合其较优实施例进行说明，但应知道本发明并不 以该实施例为限，相反地，本发明应覆盖所有那些包括在本发明权利 要求所限定的创意和范围内的替代、修改和等同。

详细说明

参阅附图，图1示出使用至少一个第一断裂区34、一个第二断 裂区36和一个固结区38拉断纤维30来形成纱线32的较优过程的略 图。可具有数条纤维30a、30b和30c的纤维30在流程的上游端40 通过由辊44、46和48组成的第一辊组42被喂入到流程内。辊46 按预定的转速被传统的电机/齿轮箱和控制器(未示出)驱动，而辊 44和48由于与辊46接触也被驱动。纤维30被喂入到第二辊组50 内，从而在辊组42和50之间形成第一断裂区34。辊组50由辊52、 辊54和辊56组成。辊54按预定转速被传统的电机/齿轮箱和控制器 (未示出)驱动，而辊52和56由于与辊54接触也被驱动。第一断 裂区34有一长度L1位在辊46和辊48的中心连线58上的钳口与辊 52和辊54的中心连线60上的钳口之间。用辊组42按第一转速S1 驱动纤维，并用辊组50按高于转速S1的第二转速S2驱动纤维，这 样便可在第一断裂区34内提高纤维的速率。在两个辊组42和50上 的纤维速率的比较构成第一速比D1＝S2/S1。在夹辊和纤维之间不应 有任何滑动，这样在从动辊46和54上纤维速率和夹辊表面速率都可 以相同。在第一断裂区34内纤维速率的增加将使纤维内的长丝长于 被拉伸的长度L1一直到超过纤维的断裂延伸率，这时被两个辊组夹 持的长丝就会断裂。在该第一区内，为了使长丝断裂，速比D1应达 到这样的程度使施加在长丝上的最大应变超过纤维的断裂延伸率，而 这是拉断纤维的已知要求。如果喂入到过程内的纤维全部由连续长丝 构成而上述断裂长丝的条件被满足，那么所有长丝将在第一断裂区内 被断裂。在连续长丝被断裂后，随着纤维速率的继续增加以致达到辊 组50的速率S2，目前为不连续的长丝纤维在第一断裂区34内还可 被牵伸以减少纤维的旦数。

接着纤维30被喂入到第三辊组62，从而在辊组50和62之间形 成第二断裂区36。辊组62由辊64、66和68构成。辊66按预定转 速被传统的电机/齿轮箱和控制器(未示出)被驱动，而辊64和68 由于与辊66接触也被驱动。第二断裂区36有一长度L2便在辊54 和辊66的中心连线70上的钳口与辊64和辊66的中心连线72上的 钳口之间。用辊组50按第二转速S2驱动纤维，并用辊组62按高于 转速S2的第三转速S3驱动纤维，这样便可在第二断裂区36内提高 纤维的速率。在两个辊组50和62上的纤维速率的比较构成第二速比 D2＝S3/S2。在夹辊和纤维之间不应有任何滑动，这样在从动辊54 和66上纤维速率和夹辊表面速率都可以相同。在第二断裂区36内纤 维速率的增加将使在纤维内的大多数长丝长于被拉伸的长度L2一直 到超过纤维的断裂延伸率，这时被两个辊组夹持的大多数长丝(双夹 持长丝)就会断裂。在该第二区内，为了使长丝断裂，速比D2应达 到这样的程度使施加在双夹持长丝上的最大应变超过纤维的断裂延 伸率，而这是拉断具有不连续长丝的纤维的已知要求。随着纤维速率 的继续增加以致达到辊组62的速率S3，不连续的长丝纤维在第二断 裂区内还可被率伸以减少纤维的旦数。

接着纤维30被喂入到第四辊组74，从而在辊组62和74之间形 成固结区38。辊组74由辊76和78构成。辊76按预定的转速被传 统的电机/齿轮箱和控制器(未示出)驱动，而辊78由于与辊76接 触也被驱动。固结区38有一长度L3位在辊66和68的中心连线80 上的钳口与辊76和78的中心连线82上的钳口之间。固结区38包括 某些固结设施如在辊组62和74之间示出的交缠喷嘴。由于用辊组 62按第三转速S3驱动纤维，并用辊组74按较低的第四转速S4驱动 纤维，因此在固结区内纤维速率能略为降低。在两个辊组62和74上 纤维速率的比较构成速比D3＝S4/S3。在夹辊和纤维之间不应有任何 滑动，这样在从动辊66和76上纤维速率和夹辊表面速率可以相同。 交缠喷射使长丝互相缠结而连接在一起从而形成短纤维纱线，这样做 时由于纱线是在这个具体的固结区内降低速率形成的，纤维的长度能 略为缩短。在某些情况下可能需要在固结区38内增加纱线的速率， 在这情况下随着纤维速率的继续增加一直到达到辊组74的转速S4， 在固结区38内将会发生某些牵伸。

继续参阅图1，所示辊组42、50和62均为三辊组，纤维基本上 是“笔直地”通过辊组，只有极小的部分包卷在夹辊周围。这对该流 程通常是一个简单有效的方法可给纤维提供良好的夹持和简单的引 入路径。人们认为重要的是当纤维在断裂区34和36内被断裂时应该 控制积聚在纤维上的静电载荷。由于纤维断裂而造成的自由纤维端头 在长丝互相滑动时会被静电力排斥而从纤维的表面伸出。这些伸出的 带静电的自由端会包卷在夹持辊上，特别是在辊组50和62内，从而 造成机械的停顿。人们认为最好使该纤维与导电的夹辊表面接触让静 电载荷消散。这点能够做到，只要使夹持尚未固结的不连续纤维的夹 持辊例如辊44、48、52、56、64和68中至少一个辊具有金属的导电 表面即可。辊76也可有一导电表面，但这并不重要，因为当纤维移 动通过这个钳口时自由端已与纤维芯固结在一起。同样，辊44可不 需要制成金属的，因为在这点上纤维仍为一束连续长丝，没有出现自 由端。在辊48上，由于在断裂区34内有动态的长丝断裂发生，可以 有某些自由端出现，因此辊48带有导电表面可能是有益的。就辊组 50而言，辊52和56具有金属表面，该表面与辊54上的不导电的、 弹性的人造橡胶表面接触。同样重要的是当接触一个辊组如50时， 要安排好不连续长丝在进入和离开辊组的路径，一定要使纤维先与导 电夹持辊接触，然后再与不导电的夹持辊接触，而在离开时首先要从 不导电的夹持辊上离开，然后再从导电的夹持辊上离开，这样当纤维 移动通过夹持辊时可减少静电积聚在纤维内。换句话说，进入钳口的 纤维首先接触的表面应该是导电表面，而离开钳口的纤维最后接触的 表面也应该是导电表面。如果不是这样，而是纤维在离开金属辊56 后再从辊54的人造橡胶表面上剥离，那么在纤维和人造橡胶被分离 时就会产生静电载荷，这个电荷不会立即消散，因为纤维本身是不导 电的。因此辊52和56成角度地设在辊54中心的周围以致纤维在与 辊54之前先与辊52接触在辊52上形成一个约5度或更多的包卷角， 而在纤维与辊54脱离接触后在辊56上形成一个约5度或更多的包卷 角。这个情况在辊组62上重复。

由于许多辊上的包卷似乎是在纤维离开辊间钳口时发生，人们认 为同样重要的是，当纤维离开一个弹性的人造橡胶夹持辊时不管具有 刚性或弹性表面的夹持辊是导电的或不导电的，应使纤维与对面的刚 性夹持辊如金属夹持辊接触。这样当纤维会陷入到人造橡胶辊的弹性 表面内时，它能沿着相对夹持辊的刚性表面从弹性表面上剥离而在刚 性表面上作小的包卷。如上所述环绕具有金属表面的夹持辊的包卷角 可完成这个目的。这被认为可减少辊上的包卷。如果刚性辊是导电 的，那么还可具有上面所说的另外的优点。

图1A示出辊组42的另一种将纤维引入到辊组内的方式被称为 “亚米茄”式包卷。在这替代方式中，纤维被喂入到辊44的下面而 不是越过其顶部，然后包卷在辊44、辊46的周围、并走到辊48的 下面。这样可显著地增加纤维与辊44、46和48之间的接触。如果纤 维需要与辊组良好的摩擦接合以免纤维越过辊组时滑动，这是一个有 用的技术。需要这样做的情况可能是当纤维具有高强度需要辊组发出 大的断裂力或当纤维在其内的长丝之间及纤维和夹辊表面之间具有 非常低的摩擦系数时。含氟聚合物纤维在其长丝之间的静摩擦系数小 于或等于大约0.1就是这样一种纤维当用拉断法加工时适宜采用“亚 米茄”式包卷。采用这种亚米茄包卷，纤维在断裂状态下与具有不导 电弹性体表面的辊46接触后就转到与具有导电表面的辊48接触，从 而在辊48上形成一个大于90度的大包卷角55。这样如上所述随着 纤维的从弹性体上离开将可有效地消散产生的静电。

就整个工业言，纤维一词有各种含义。但就本说明的目的而言， 纤维一词意为具有一个或多个端头的细长纺织材料或由相同的或不 同的材料组成的丝束，该丝束具有多支不连续的或连续的长丝，并且 是未经固结的，从而在长丝之间保留相当大的滑动性。长丝是连续或 不连续(即定长)材料的单一组分的单位。纱线或短纤维纱线意为具 有包括不连续长丝在内的固结长丝的细长纺织材料，其中固结纤维具 有相当大的抗拉强度和沿着纱线长度的整体性，并且还有长丝滑动 性，但受限制。连续长丝也可出现在纱线或短纤维纱线内。

上述工艺流程的喂入纤维可来自纤维的筒子卷装或散装在容器 内可自由抽出的纤维，下面还将说明。固结纤维可卷绕包装或散装在 容器内以便转移到另一过程或装运；或移到另外的机械元件上以便进 一步加工。

断裂区和长丝的断裂涉及在一个区段内将具有连续或不连续长 丝的纤维加速，其主要目的是要使多于20％、最好为多于40％的长 丝断裂。当将比断裂区长的连续或不连续长丝喂入断裂区内时100％ 的长丝都可被断裂。断裂区和长丝的断裂还可包括切割或削弱全部或 一部分连续的或长而不连续的长丝如用切割转换器装置或断裂器杆 装置(如同在授予New的U.S.2,721,440或授予Lauterbach的U.S. 4,547,933中所说明的那样)。这些装置可减少施加在夹持辊上的断 裂力并控制纤维内长丝断裂位置的某些杂乱。

第一断裂区和第二断裂区意为两个截然分开的断裂区，在纤维通 过两个断裂区的流程中第二断裂区是在第一断裂区之后，但第二断裂 区不一定要紧接着第一断裂区并且第一断裂区不一定是流程中的第 一区。进入第一断裂区的喂入纤维可以是连续的长丝纤维、含有过长 长丝要在第一断裂区内断裂的不连续纤维、或连续的和不连续的长丝 纤维的组合。固结意为将纤维内的长丝连接在一起，可用任何一种固 结设施，如单个气体喷嘴、多个气体喷嘴、其正的加捻装置、交替层 的加捻装置、胶粘剂敷设器或类似物、包卷装置等。

在单一的断裂区内实际断裂纤维时，人们知道随着断裂纤维的速 比增加，断裂纤维所需拉力可降低。在小于二的极低的速比时，拉力 迅速增加，人们认为这个拉力会使纤维固结，因而使相邻长丝间的摩 擦增加、致使单支长丝较难断裂。结果，拉力很高且不稳定，导致可 操作性发生问题，以致断裂时是整个纤维断裂而不是杂散的单支长丝 断裂。为此理由，需要用2.0或更大的速比来操作每一个断裂区。这 还可有利于提高产品的产出效率。在固结的纱线内还需要有大量的长 丝端头，这点可以做到，只要使第二断裂区的长度缩到比第一断裂区 相当短来缩短纤维内长丝的长度，从而在每英寸固结的纤维内造成较 多的长丝端头即可。较优的做法是使第二断裂区的长度L2小于或等 于第一区长度L1的0.6倍。更优的做法是使L2小于或等于L1的0.4 倍。对第二区的最小长度有一限度是使几乎所有来自第一区的纤维长 丝都能断裂，但这是不合需要的，因为它会使拉力增加得很高，人们 知道断裂力会随着区段长度的减少而增加。断裂区2的长度的实际下 限为L2≥0.2L1。由此推论最好将第一断裂区做得比第二断裂区具有 相当大的长度，因为已知在长区段内断裂长丝所需拉力能够降低。人 们确信对任何一种给定生产的平均长丝长度(如由第二断裂区建立 的)，重要的是L1要足够长以资减少所需的断裂力并将能暴露较多长 丝弱点的较长的长丝长度呈现在断裂力下。人们认为平均长丝长度最 好大于6.0英寸，根据两个断裂区的经验，这意味着L2大致为平均 长丝长度的两倍大或12.0英寸，而在最大所需L2/L1的比率为0.6 时，L1大于1.67×12.0或20.0英寸。

在第一和第二断裂区之间存在着一定关系，这个关系可以确保过 程具有良好的可操作性，纱线具有某些所需的特性包括长丝长度和分 布，并可在拉断法纱线内提供增多的长丝端头。良好的可操作性还给 在大于200-250码/分、特别是大于约500码/分的输出速率下的可 靠的高速操作提供可能性。为了较好地了解第一和第二断裂区之间的 关系，现在先结合图2论述双夹持长丝的定义。图2示出只具有连续 长丝的纤维在方向81上走动并通过一个断裂区34a如同在图1中的 第一断裂区34。断裂区34a在两个辊组42a和50a之间延伸越过一 段长度L1a。辊组42a按第一速率S1a被驱动，辊组50a按高于速率 S1a的第二速率S2a被驱动，从而构成速比D1a＝S2a/S1a。这样在 断裂区内纤维30的速率便被增加，因此所有在上游端85被喂入的连 续长丝都将在长度L1a内被断裂。虽然图上所示上游端85的位置正 好在辊组42a的后面，但上游端85所指位置可以正好在辊组42a的 前面、后面或在钳口内。在整个论述内，上游指纤维进来的方向，而 下游指纤维出去的方向。纤维有一断裂延伸率，以百分率表示，代表 纤维的长丝在施加负荷的方向正好在长丝断裂前的延伸百分率。断裂 延伸率的典型值对纺制的人造纤维如聚酯来说，在被拉伸增加之前可 约为300％，而在被拉伸增强后可约为10％。在任何时刻，如图2 中所示时刻，有一些长丝被断裂如长丝84、86和88，也有一些长丝 虽被拉伸但还没有断裂如长丝90和92。长丝84被称为浮游未被控 制长丝，因为它的上游端84a或下游端84b既没有被辊组42a也没有 被辊组50a夹持和控制。长丝86被称为单夹持未被控制长丝具有一 个下游未被控制的端头，因为它只有被一个辊组42a夹持和控制，下 游端86a没有被任一个辊组42a或50a夹持和控制。如果端头86a 从纤维30的中心区向外伸出某些距离d如图所示，这样该端头86a 就会包卷在辊组中的一个辊上而不是在方向81上前进通过这个过 程，从而就会在辊组42a或50a上出现问题。长丝88被称为单夹持 控制长丝，它被一个辊组50a夹持和控制，并有上游端88a未被任一 个辊组42a或50a夹持。端头88a比端头86a较少问题，因为前者是 被拉动通过过程而后者是被推动通过过程。端头88a较不容易从纤维 的中心区分离如同端头86a那样。长丝90和92被称为双夹持支承纤 维，因为在图示时刻它们被两个辊组42a和50a夹持和控制。它们的 作用如同“脚手架”能将其它未被控制的长丝保持在纤维中心区的位 置上。与其它只是单夹持的长丝不同，它们受到相当大的拉力，因此 它们会将其它长丝紧紧地保持在中心区并限制端头如86a的伸出。在 下一时刻，长丝90和92会被断裂，但在该时刻，其它长丝如长丝 86，其端头86a可能被辊组50a夹持而成为双夹持。人们确信重要的 是在任何时刻都应有至少一个最小数目的双夹持长丝存在，这样才能 维持长丝的脚手架而保证过程良好地运行。在上游端85的长丝总数 等于双夹持长丝的数目加上未被控制的长丝包括浮游的长丝和单夹 持长丝的数目。

建立模型的过程被用来预测在各种工艺条件下双夹持长丝的数 目。解析表达式是为单断裂区和连续的喂入长丝使用的。模拟时对多 断裂区过程采用相同的第一原理而在多断裂区的过程内喂入到每一 区的长丝可以是连续的或不连续的。单断裂区的结果能很好地互相一 致。在单断裂区内的支承指数的解析表达式可从第一原理导出，第一 原理使用下列假定：

输入纤维是连续的

在区内的质量保持恒定

在区的上游和下游边界纤维的速率被规定

长丝互不相干地断裂

长丝均匀地沿着区段的长度断裂

导出的“支承指数”表达式为：

SI＝-Ln(((D/(1+eb))-1)/(D-1))/(D*(1-(0.5/(1+eb))))

其中SI＝支承纤维的数目/未被控制的纤维的数目

Ln＝自然对数

D＝牵伸率＝区内的速度比

eb＝纤维的断裂延伸率；10％用0.1表示

曾经研发一种蒙特卡罗计算机模拟方法来分析一个具有多区断 裂和牵伸的工艺流程。模拟时追踪纤维通过流程的运动，纤维速率是 在每一区由夹持辊组施加的(作为一个例子)。施加的运动学确定单 夹持和双夹持长丝的运动。随机性是在双夹持长丝断裂时具有的。根 据Ismail Dogu的论述“拉断法的力学”(纺织品研究学报，卷42 第7号，1972年7月)，长丝的应变积累到断裂延伸率时，它便沿着 区段长度随机地断裂。长丝的断裂与纤维内的其他长丝无关。浮游长 丝以多种方式进行论述，从“理想的牵伸”-长丝采取上游辊组的速 率-直到其先导端到达下游辊组为止-到任意选择的情况，在该情况 下长丝的速率取决于相邻长丝的速率。模拟结果与用单断裂区解析预 测的支承指数和工艺张力，并与实际测出的工艺张力都很好地一致。 模拟模型是在美国MA 1760，Natick的Mathworks公司的Matlab5.2 计算机上运行的，对于1000支长丝，在该具有Intel Pentium II 450 MHz处理器的机子上只须化适当的时间便可得出结果。用这系统处理 3000支长丝也是切合实际的。对两个区的断裂流程所作纤维长度分 布的模拟也与实际测得的分布很好地吻合。

继续参阅图2，当考查双夹持长丝的数目时有效的做法是将数目 作为百分率，这样来在区段长度的上游端如长度L1a的上游端85比 较双夹持长丝与未被控制长丝的数目。按定义，双夹持长丝的数目在 区段L1a的上游端85和下游端93都相同，但未被控制长丝的数目总 是在区段长度L1a的上游端比下游端多。在L1a的下游端由于速比 D1a的原故，不连续长丝的纤维被牵伸，因此在下游端纤维的旦数总 是较小。对于相同数目的双夹持长丝总是有较多的未被控制长丝需在 上游端被支承。

现在参阅图3，其中示出两种情况下建模模拟的结果，一种情况 是使用一个断裂区来完成总速比，另一种情况是使用两个断裂区来完 成相同的总速比。已知多区段的总速比可由各个区段的各个速比相乘 而得(Dt＝D1×D2)或直接计算而得(Dt＝S3/S1)。在图3的垂直标 尺上所示为双夹持支承长丝的数目Ndg对未被控制长丝总数Nuc的比 率，这个比率是在单断裂区的上游端，或在双断裂区的第二断裂区的 上游端(即假定是由两区构成的话，这将是Ndg/Nuc的最低值)计算的。 两个区的其它假定为：

L2＝0.33L1

D1＝D2

D1≥2.0；D2≥2.0

纤维在两个断裂区内的断裂延伸率eb＝0.121

图中的曲线为总速比对双夹持长丝与未被控制长丝数目的比率 的关系。单区情况用虚线94和菱形数据点示出，双区情况用实线96 和方块数据点示出。如图所示，在总速比相同的条件下，双区情况总 是对双夹持长丝和未被控制的长丝提供一个较高的比率，据信这样流 程的可操作性将更高。

从图3的单断裂区可看到，当速比增加时，双夹持长丝的数目会 减少，而当速比减少时，双夹持长丝的数目会增加。将这个关系应用 到双断裂区，人们可以看到为了达到给定的总速比将会遇到一个问 题。如果要增加第一区内双夹持长丝的数目，那么可以减少第一区内 的速比，但这样必需增加第二区内的速比，方能维持相同的总速比， 而这会减少第二区内的双夹持长丝的数目，这又是不希望有的。这个 有问题的关系将在图4中用图说明。

图4沿着垂直轴线示出Ndg/Nuc如同图3那样，但沿着水平轴线却 是两个断裂区速比之间的关系。由于一个区段的速比若为1，意思就 是“进”的速率等于“出”的速率，将不会发生长丝断裂，所以在比 较两个断裂区的速比时应从第一断裂区的速比D1和第二断裂区的速 比各减去1。在这情况下当第二速比等于1时，关系式(D2-1)/(D1 -1)将等于零，而该曲线与垂直轴线相交之值将指出单断裂区的 Ndg/Nuc值。例如当Dt＝25而D2＝1，在垂直轴线上的值将约为0.01， 该值与图3中单断裂区曲线当Dt＝25时之值相同。对图4中两个区 段的曲线所作的假定为：

Dt＝25

D1＞＝2.0；D2＞＝2.0

L2＝0.33L1

eb＝0.1

由于第二区速比在分子上，第二区的曲线100具有图3中曲线的 形状。由于第一区速比在分母上，因此第一区的曲线98具有图3中 曲线倒转的形状。沿着水平轴线移动可以看到最低值发生在两个 Ndg/Nuc区段中的一个区段内(该值确定可操作性的限度)，即由粗实 线102代表的区段包括一部分104第一断裂区曲线98和一部分106 第二断裂区曲线100，两者以(D2-1)/(D1-1)值约等于0.7为 界。如果为Ndg/Nuc设定一个合适的最小水平为0.02或2％如水平线 108那样，那么在图示条件下，(D2-1)/(D1-1)之值应维持在约 0.2(虚线110与水平轴线的交点)和2.0(虚线112与水平轴线的 交点)之间。最优的条件约为0.7(虚线114与水平轴线的交点)， 其时两个区段的Ndg/Nuc值都约为0.04或4％。在低于(D2-1)/(D1 -1)的最优值0.7时，Ndg/Nuc值快速下降，而在高于0.7时不那么 快地下降。而且(D2-1)/(D1-1)之值在约5.0以上，Ndg/Nuc值 基于拉平。因此为了保证使用两个断裂区的拉断过程具有良好的可操 作性，(D2-1)/(D1-1)的上限不及下限重要。

建立模型的模拟过程除了用于两个断裂区的情况外，还可用来探 索(D2-1)/(D1-1)的最优值的灵敏性以便使双夹持长丝的数目 为最大，从而得出一个为良好的可操作性可接受的Ndg/Nuc值。图5 示出对纤维断裂延伸率参数的灵敏性。图中画出与图4中曲线相似的 三条曲线，其中每条曲线代表纤维断裂延伸率eb的一个不同值。eb ＝0.1时的曲线与图4中的曲线完全相同。这三条曲线的假定为：

Dt＝25

D1＞＝2.0；D2＞＝2.0

L2＝0.33L1

可以看到随着eb从0.05增加到0.15，双夹持纤维的数目增加， 但(D2-1)/(D1-1)的最优值停留在约0.7不变，在该处虚线116 延伸通过每一对区段曲线的交点和水平轴线。如果有人希望提高给定 的两个断裂区过程的可操作性，他可以除了eb以外保持所有的过程 参数不变并添加一些具有较高断裂延伸率的纤维来提高可操作性。但 这样会改变纱线产品的性能。

图6示出对区段长度比参数的灵敏性。图中画出与图4中曲线相 似的三条不同的曲线，其中每一条曲线代表断裂区长度L2对L1的比 率的不同值，而当L2＝0.33L1时就与图4中的曲线相同。这三条曲 线的假定是：

Dt＝25

D1≥2.0；D2≥2.0

eb＝0.1

对于区段1，所有三条曲线都相同并重叠在一起。可以看到当L2 从0.5L1减少到0.25L1，双夹持纤维的数目(Ndg/Nuc比率)只是 略为增加，同时(D2-1)/(D1-1)的最优值只是从约0.5改变到 约0.8。这个在(D2-1)/(D1-1)上的改变可从虚线118延伸通 过L2＝0.5L1时一对区段曲线的交点和水平轴线及虚线120延伸通 过L2＝0.25L1时一对区段曲线的交点和水平轴线的这两条虚线之间 的距离看到。因此看来在两个断裂区的流程中，只要改变L2和L1之 间的比率，将L2从0.5L1减少到0.25L1便能略微提高过程的可操 作性。

图7示出对总速比参数的灵敏性，图中画出三条与图4中曲线相 似的不同曲线，每一条曲线代表一个总速比Dt的不同值。代表Dt＝ 25的曲线与图4中的曲线完全相同。这三条曲线的假定为：

eb＝0.1

D1≥2.0；D2≥2.0

L2＝0.33L1

可以看到Dt从50减少到4时，双夹持纤维的数目增加，但(D2 -1)/(D1-1)的最优值仍停留在约0.7不变，其时虚线122延伸通 过每一对区段曲线的交点和水平轴线。如果有人希望提高给定的双断 裂区流程的可操作性，他可以除了Dt以外保持所有工艺流程参数不 变，只是减少Dt来提高可操作性。但由于流程生产率高度取决于Dt， 这样的改变可能会使工艺流程不经济。

图8为拉断法流程生产线的另一个实施例的概略的立视图，该实 施例是在具有一个第一断裂区34、一个第二断裂区36、和一个固结区 38的图1中的实施例上添加一个拉伸区124。该拉伸区还可起到退火 区的作用。纤维30如图1那样可具有好几条纤维30a、30b和30c， 它们在该流程的上游端126通过一个由辊130、132和134构成的零辊 组128被喂入到该流程中。辊132按预定速率被传统的电机/齿轮箱和 控制器(未示出)，而辊130和132由于与辊132接触也被驱动。纤 维30于是被喂入到第一辊组42内，从而在辊组128和42之间形成拉 伸区。拉伸区124有一长度位在辊132和辊134的中心线136上的钳 口与辊44才辊46的中心线138上的钳口之间。用辊组128按喂入速 率Sf驱动纤维，并用辊组42按高于速率Sf的第一速率S1驱动纤维， 便可使纤维在拉伸区124内增速。将两个辊组128和42上的纤维速率 比较，便可得出拉伸速比D4＝S1/Sf。在夹辊和纤维之间不应有任何滑 动，这样在从动辊132上的纤维速率和夹辊表面速率应相同，在从动 辊46上也应如此。

在拉伸区124内可设有纤维加热器140，该加热器可有多种形式， 这里所示具有一个弧形表面，该表面与纤维在一段长度上接触，该接 触长度能容易地被改变只要改变纤维贴在表面142上的弧长即可。在 上游端给定的纤维速率和给定的拉伸速比下对于较长的加热时间，弧 长和接触长度将会长些。一旦纤维在拉伸区124内受到拉力，纤维的 拉伸就会发生，因此对于某些聚合物，当纤维正好离开上游辊如辊132 和134的钳口时，纤维的拉伸或延长就会发生。对于某些聚合物，拉 伸发生在一极短的长度上如小于1英寸。在这种情况下，加热器用来 将拉伸的纤维退火而不是将它加热以便拉伸。对于这种型式的纤维， 如果拉伸需要加热，可将辊132和134加热。其他聚合物可能要到与 加热器140的表面接触而受到某些热量时才会拉伸。拉伸区的长度并 非关键，其尺寸主要应能适应加热装置。在某些情况下操作拉伸区时， 纤维可不加热而被拉伸(加热器可被关掉和后彻与纤维脱离接触)而 在其他情况下，如同所示纤维在拉伸过程中将被加热。在某些情况下， 纤维可具有一个等于约为一的拉伸速比，并且纤维可只被加热而不伸 长。在这情况下，拉伸区可起到退火区的作用。

拉伸区和拉伸纤维涉及以某种方式拉伸连续长丝纤维使得基本上 没有一支长丝断裂；长丝保持连续。加热纤维可以或可不包括在拉伸 内。退火区和将纤维退火涉及加热连续的或不连续的长丝纤维同时限 制纤维长度使它没有明显伸长，并且在D4略微小于1.0时还可能包括 稍许超量的纤维喂入。

使用图8的过程可制成新产品，其法为将至少两种不同的纤维喂 入到流程内并在断裂区内断裂之前将它们组合在一起。纤维的不同在 于每支长丝旦数(dpf)的不同，例如其中一种纤维的每支长丝旦数小 于0.9而另一种纤维的每支长丝旦数大于1.5。然后这两种纤维一同 移动通过断裂区和固结区。这两种不同的纤维能被组合成喂入纱线或 是将具有两种不同dpf的单个纤维束纺制，或是就将各具不同dpf的 两种不同的纤维放置在一起。在拉伸区，这两种纤维的断裂延伸率应 近似。如果这一点成为问题，可将其中一种纤维部分预拉伸使它与另 一种纤维相适应，或将两种纤维全部预拉伸然后喂入通过拉伸区而不 拉伸。这种新产品的优点是纱线的组织刚度可由具有较大dpf的纤维 确定而柔顺度可由具有较小dpf的纤维控制。这样就可克服小dpf纱 线的某些问题如具有良好手感但在制成织物时过于软弱。

图9为拉断法过程生产线另一个实施例的概略的立视图。该实施 例在图8的实施例具有的一个拉伸区124、一个第一断裂区34、一个 第二断裂区36和一个固结区38之外添加了一个牵伸区144。牵伸区 144被添加在第二断裂区36和固结区38之间。如图8，纤维30离开 第二断裂区36被喂入到在辊组62之后的牵伸区，然后喂入到由辊150 和152构成的辊组150，从而在辊组62和148之间形成牵伸区144。 辊152按预定速率被传统的电机/齿轮箱和控制器(未示出)驱动，而 辊150由于与辊152接触也被驱动。牵伸区144有一长度L5位在辊 62和辊68的中心线80上的钳口与辊150和152的钳口之间。用辊组 62按速率S3驱动纤维，并用辊组148按高于速率S3的第五速率S5 驱动该纤维，就可使纤维在牵伸区144内增速。比较在两辊组62和 148上的纤维速率便可得出牵伸速比D5＝S5/S3。由于在夹辊和纤维之 间不应有任何滑动，因此在从动辊66上，纤维速率和夹辊表面速率相 同，在从动辊152上也是如此。长度LS应与邻近的上游断裂区的长度 大体相同，在本例中，即与图中的第二断裂区长度L2相同。在这条件 下，极少的纤维会在牵伸区内被断裂而从第二断裂区来的纤维的不连 续长丝会相继滑过从而减少纤维的旦数，其量与所用牵伸率D5成正 比。在某些情况下，数量控制的长丝可被断裂，从而制出更为均匀的 纱线，其方式如同Scheerer等人在PCT申请WO 98/48088中所说均 匀地牵伸短纤维长丝那样。这种系统还在Murata机械公司出版的题为 “Muratec 802号HRMJS，Murata喷射纺丝机”的目录CAT.22P432 97-1-4(NS)中说明过。

牵伸区和将纤维牵伸涉及在一区内提高纤维的速率，其主要目的 为减少不连续长丝纤维的旦数，使多于80％的纤维保持它们的长度， 即只有20％或更少的纤维被断裂。按照意图牵伸区可设在固结区上游 的各种位置上，例如它可设在第一断裂区和第二断裂区之间。

一个与图8所示接近的流程被操作，数据被收集以确定良好可操 作性的限界，该数据在图10中被画出。图10示出图4中的曲线，左 边的垂直轴线被扩展而右边的垂直轴线被添加以便画出某些实际运行 的流程情况从而找出良好可操作性的限界。标出良好可操作性的情况 是过程能被起动和运行至少5分钟，制出可被接受的拉断法纤维，输 入速率为1码/分(从第二断裂区输出的速率由于机械的原因被限制在 约150码/分)。标出不良可操作性的是纤维的长丝被包卷在流程中任 一个夹持辊的周围。固结工步被省略以简化流程因为该工步对可运行 性问题没有明显影响。纤维在辊组62(图8)之后从该流程中被抽出 并被废料吸取枪吸取。在第一断裂区L1内离开上游端约6英寸的位置 上的拉力用一与纤维轻度接触而被连结到负荷元件上的导轮测出。当 低速比被运行时拉力信号就其可变性和峰值被监控。出现为正常拉力 信号两倍大的拉力峰值且以多于两次/分的频率发生时不管流程是否 在5分钟内停顿表明这是不良的可操作性和脉动的操作。在所有试验 中保持恒定的参数为：

eb＝2.38喂入纤维

eb＝0.12去断裂区时

L2＝0.33L1

L1＝48”；L2＝16”

L4＝66.25”

拉伸速比D4＝2.43

拉伸区长度L4＝112

拉伸温度＝188℃在12”的接触表面上

喂入材料为三条由7320旦连续长丝构成的聚酯纤维，每一条纤维 都从卷绕的包装上抽出。

变化D1和D2两者以得到最大的总速比Dt，可先将D1设定在一 个值并变化D2一直到流程不能运行。那么最后一个可操作性不被破坏 而可运行的点就是图10中画出的具有良好可操作性的点，它们是最大 Dt和(D2-1)/(D1-1)的函数。图10A示出收集到的数据。图10A中加 圈的数据点就是那些在图10中画出的点。在每一个加圈的数据点的旁 边为Dt值，而在括弧里为(D2-1)/(D1-1)之值。所有最大总速比的 加圈点都在Dt＝20X和Dt＝50x两条曲线之间。对于各种总速比的(D2 -1)/(D1-1)＝0.7的最优操作点的曲线也用155示出；沿着这条线 可找出具有良好可操作性的最大总速比为42.8倍，是在图上的157 点。对于不同的材料和不同的区段长度，这些数据将会不同。在纤维 上使用的涂层也是可操作性的一个条件。过多的涂层会有害地影响到 独立长丝的滑动性和在拉断区内的断裂并会发生全部纤维断裂；过少 的涂层和静电会成为问题并会增加夹持辊的包卷。小于约0.1％的涂层 较好而小于约0.04％更好。典型的涂层含有0.04％的涂剂为下列成分的 混合物：脂肪酸的环氧乙烷缩合物，用壬酸覆盖的乙氧基、丙氧基醇， 磷酸酯的钾盐，和磷酸酯的胺盐。某些聚合物如芳族聚酰胺和含氟聚 合物不需任何涂层。其他适用于拉断法纤维的涂层可在前面说过的授 予Adams的’778专利和授予Hirose等的日本专利公报58[1983]- 44787中找到。

再次参阅图10，连接数据点的直线158使我们能将试验数据与取 自图4的模拟曲线98和100比较，可以看到实际的可操作性数据(试 验的)也遵循模拟所指出的一般趋势，并且最优操作点(D2-1)/(D1-1) ＝约0.7也与虚线114所限定的相同。

能用来操作图1、8和9的流程的设备在图11中示出。喂给纤维 30由散装纤维的一个或数个容器160供给或由一个或数个筒子卷装 162喂给。纤维30移动通过数个断裂器导轮164，该导轮能用来将纤 维的多个端头聚合在一起并使纤维分布在一条扁平带上。纤维于是越 过一个导辊166来到一个由四个辊168、170、172和174与一个夹持 辊175构成的辊组128a，夹持辊175被用来在引入纤维时将纱线牢固 地夹持在拉伸区124的上游端。所有辊168-174被传统的电机/齿轮 箱和控制器(未示出)驱动，夹持辊175由于与辊168接触也被驱动。 拉伸区124的下游端被另一个由四个辊176、178、180和182与一个 初端夹持辊184构成的辊组42a限定。所有辊176-182都被传统的电 机/齿轮箱和控制器(未示出)驱动。被端夹持辊184在与辊182接触 时也被驱动，它被用来使纤维开始通过该流程，然后后退与辊182脱 离接触。在辊组128a和42a之间设有一个具有弧形表面142的电加热 器，它有一个可变的与纱线的接触长度如同结合图8曾论述过的那 样。有一电力源(未示出)被连接到加热器上。

在辊组42a之后为第一断裂区34，在其下游端设有与图1和8中 的辊组50相同的辊组50a。在第一断裂区内有一静电中和器条186设 在被拉伸和拉断纤维30的邻近；还有一个涡旋喷管188，纤维移动通 过该管。静电中和器条被一电力源充电，其型式为Simco供售的型号 ME100.点源静电消除器装置加装置187可被使用在中和器条186的位 置上或添加在其上以便控制静电，特别是在辊组附近。当纤维内的长 丝在断裂区34内断裂并牵伸成旦数较小的纤维时它们互相摩擦并造 成讨厌的静电电荷，会从纤维的中心区将长丝的端头推开。这种纤维 的松散和伸出的端头在纤维断裂开时会带来问题，松散的长丝会包卷 在其中一个下游辊上。如上所述，克服这个问题的一个方法是在某些 夹持辊上适当地使用金属表面。另一个方法是在断裂区内和排出夹持 辊的邻近聚集松散的长丝端头并将它们导向纤维的芯部使在侧向上环 绕芯部的松散端部被限制在离开芯部中心的一个距离内，这个距离不 大于从断裂区排出夹持辊的每一个相关的端头到芯部中心的距离，以 资减少松散端头的包卷在排出夹持辊上。重要的是要将这个控制方法 应用到第一断裂区上，在那里松散长丝的长度可能较长并且在较长的 长度上未被支承。应用到第二断裂区上也是有益的，在那里松散的纤 维依然存在。涡旋喷管188是完成这个方法的一条途径。

现在参阅图12，涡旋喷管188引入一股气体的射流使松散的长丝 温和地环绕扁平带状组织的纤维中心区或纤维芯部打旋。涡旋喷管在 图12中详细示出。涡旋喷管188具有一个本体192，其上有一上游端 194、一下游端196和一圆筒形孔198延伸贯穿本体192的长度。纤维 30在其路径上移动通过孔198去往辊组50a(见图11)。有一气流通道 200延伸通过本体并在本体的上游端194与孔198连通。气流通道与 孔这样交叉使气流对孔以近似切线的方向引入并形成一个朝向本体下 游端196的角度。这样就在孔198内产生一个逆时针向涡旋的气流(在 端头196观看)，在图上一般地用螺旋流动路径202指出。这个气流 倾向于将从纤维中心区伸展出来的松散长丝包卷起来，从而可消除可 能会包卷在下游上的长的松散的端头。包卷的长丝被松散地聚集在纤 维芯部的周围。为了方便起见，在本体192上沿着孔198的长度设有 一条引入槽204使纤维30能容易地引入到旋涡喷管的孔内。

另一条完成该方法即聚集在断裂区内和排出夹持辊附近的松散长 丝端头并将它们导向纤维芯部的途径是使用一条槽和图34A和34B所 示。该槽450有一成形的端头452，间隔开地靠近一个夹持辊组如同 在第一断裂区34端头的辊组50a(图11)。该槽有一纵向凹腔454， 其大小可容纳在该区内的纤维30并有一宽度456可聚集在纤维芯部 462两侧上的松散长丝458和460并限制它们伸出到辊组内夹持辊的 端头之外。面向纤维的凹腔表面为一导电表面。夹持辊54a具有端头 462和464，夹持辊52a具有端头466和468。纤维芯部的中心在470 处指出，而该槽将松散长丝导向纤维芯部462，因此松散端头如向侧 边伸出到芯部周围的端头458被限制在离开芯部中心一个距离内，这 个距离不大于芯部中心离开排出夹持辊52a的端头468的距离472和 离开排出夹持辊54a的端头464的距离474；在这情况下，较小的距 离472是被控制的。同样，松散端头如向侧边伸出到芯部周围的端头 460被限制在离开中中心一个距离内，这个距离不大于芯部中心离开 排出夹持辊52a的端头466的距离476和离开排出夹持辊54a的端头 462的距离478；在这情况下，较小的距离476是被控制的。

该槽450可只靠近从该区段排出的夹持辊并延伸一段短距离，或 者它可在近乎区段34的整个长度上延伸以便在整个区段内保持对松 散长丝的控制。该槽450可任选地设有一盖480以便完全包含在所有 方向上的松散长丝。但最重要的是该槽须在侧向包含长丝使它们不能 伸出到夹持辊的端头，在那里它们容易包卷在夹持辊上。如果设有盖， 应具有空气离子化装置的进入口。

再次参阅图11，在辊组50a之后为第二断裂区36，在其下游端设 有与图1和8中辊组62相同的辊组62a。在第二断裂区36内有一静 电中和器条20b与已被拉伸和拉断的纤维30邻近；和一个涡旋喷管 208让纤维30从其中通过，情况与适才论述过的第一断裂区相似。在 第二断裂区内靠近其上游端而在辊组50a之后有一吸丝器喷管212。 吸丝器喷管在纤维30行进方向提供一般温和的气流用来捕捉从辊组 50a出来的松散的长丝端头使它们不会包卷在辊组50a上。吸丝器喷 管212是Airvac供售的ITD110型。这种吸丝器也可用在第一断裂区 内辊组42a之后，如果进入该区的纤维具有一些不连续的长丝的话。

在辊组62a之后为牵伸区144，在其下游端设有与图9中辊组148 相同的辊组148a。在牵伸区144内有一吸丝器喷管214、多个缓冲辊 216、和多个导引辊218。缓冲辊对长丝的牵伸提供一些阻力使纤维具 有较均匀的旦数。在辊组148a上游附近设置一个涡旋喷管如涡旋喷管 208也可能有用。

在辊组148a之后为固结区38，在其下游端设有与图1、8和9中 辊组74相同的辊组74a。在固结区38内有一吸丝器喷管220和一交 缠喷射器83a。实际操作时，交缠喷射器83a常被放置在固结区内离 开辊组148a的距离约为固结区长度的1/3到1/2。图26为交缠喷射 器83a的透视图，而图27为其剖视图，有一条拉断的纤维30正在进 入纤维通道320。纤维通道320从进入端322看去，横截面最好成为 圆浑的三角形。喷射器83a在进入导面326上设有第一槽壁324，该 壁连同进口外表面328在进入端322提供附壁效应；而在离去导面330 上设有第二槽壁329(图27)，该壁连同出口外表面332在纤维通道 320的离去端334提供附壁效应。有一拉紧槽336与纤维通道320相 交。参阅图27，有一气体进入通道338将气体供给纤维通道320使纤 维交缠固结成为纱线。气体通道338被布置得成一角度340朝向喷射 器离去端334的下游端而在纤维行进的方向通过喷射器，从而可减少 气体从纤维通道的上游端排出。另外，交缠喷射器的纱线通道被布置 得与辊组148a和74a(图11)之间的纤维路径344成一角度342使不 排放到纱线通道上游端外的流体方向向下离开纤维路径。导辊346和 348可被用来帮助导引纤维通过喷射器。这样处理从纱线通道上游端 排放的气体在纤维进入交缠喷射器时可减少纤维内任何松散长丝的散 开。这种交缠喷射器83a在授予Allred等的美国专利6,052,878中 有较详细的说明，该专利已被本文参考引用。其他长丝互联喷射器亦 可用于本实施例。其中一个这样的喷射器在Murata的喷射纺机目录和 上面提到过的WO专利申请公报；088中曾有说明。另一个互联喷射器 在授予Artz等的美国专利US 4,825,633中有说明，该专利被本文参 考引用。纤维30在移动通过固结装置(如适才论述的喷射器中的一 个，或在前面揭示的其他设施)后就成为具有良好凝聚力和强度的固 结的纱线32(图11)。

现在结合图28说明Artz的喷射器，在该图中左半部是沿着纤维 路径切开的剖视图，右半部是平面图。在美国专利4,825,633中，该 喷射器被称为气动加捻元件，可按美国专利5,048,281的方式控制。 气动加捻元件83b包括一个具有纺丝孔351的喷射器构件或第一喷嘴 350，和一个具有纺丝孔353的加捻构件或第二喷嘴352。这两构件被 一公用的夹持装置354夹持在一起，该装置还容纳一个第一真空室356 和一个第二真空室358用来清除连结在纤维上的垃圾。拉断法纤维30 首先移动通过第一喷嘴350的孔。人们认为这个第一喷嘴的作用是驱 送纤维向前并对第二喷嘴形成的加捻芯部的周边上的松散长丝施加某 些捻转。于是纤维移动通过第二喷嘴352。人们认为这个第二喷嘴的 作用是对在第二喷嘴上游通过第一喷嘴的纤维芯部内的长丝加捻但没 有在纱线内的长丝之间造成交缠。这样一种理解与纺织研究所学报 1987年第3号189-219页刊登的、由P.Grosberg、W.Oxenham和 M.Miao所写的题为“用空气喷射将捻转加入到纱线内”的文章中关于 Murata双喷器配置的操作的论述一致。该文章包括两部分：I.喷气纺 纱的实验研究；II.在喷气加捻中捻转的分布和捻转加入率。第一真空 室356位在第一喷嘴350出口端附近并可通过流体在一侧362与真空 源连通，在另一侧364与大气连通。从一侧362流到另一侧364的空 气越过纤维路径，可从其上除去松散断裂的长丝和聚合物或涂料粉 尘。纤维于是移动通过第二喷嘴352并通过一个拉紧开口366和第二 真空室358。后两者都靠近第二喷嘴352的出口端368。第二真空室 358包括一条沿着其长度的拉紧槽370，该槽在拉紧后可被一圆筒形盖 (未示出)覆盖。该盖可环绕夹持装置354的外表面372旋转使该槽 被覆盖或不被覆盖，其时外表面为环绕该室368的圆筒形表面而该室 与盖配合。第二真空室在一侧374与真空源，而在拉紧槽370(当该 盖开启或不在时)及端头376和378与大气可用流体连通。空气可从 端头376和378流动通过槽370沿着纤维路径流动，从而可从其上去 除松散断裂的长丝和聚合物或涂料粉尘。如捻元件83a的操作并不依 靠第一和第二真空室，但这两室能使元件保持清洁从而能可靠地使 用。

第一喷嘴或喷射器元件350具有增压的气体最好是空气，通过管 线380供应到环形沟道382再导向多条压缩气体沟道如384和386。 沟道384和386与直径为d1的纺纱孔351相交，以已知的样式在一位 置与孔径相切，并以一角度388斜向纤维通过该孔的行进方向。第一 喷嘴350的孔351的进入口389可以是一个笔直的圆筒形或者可以是 带斜度的圆锥形并可包括缺口借以影响捻转在纤维内的传播。第二喷 嘴或加捻元件352同样有空气通过管线390供应到环形沟道392内再 导向多条压缩气体沟道如394和396，这些沟道与直径为dD的孔353 相交。第一喷嘴350有一从端头360到沟道如386的特征距离l1，而 第二喷嘴352有一从进口端398到沟道如396的特征距离lD。第一喷 嘴350和第二喷嘴352以一距离“a”间隔开，这个距离“a”是在压 缩气体沟道与每一个喷嘴的纺纱孔的相交点之间测量出来的，并可根 据要加工的具体纤维调节，对于平均长丝长度大的纤维可用较大的距 离，对于平均长丝长度小的纤维可用较小的距离。第一和第二喷嘴350 和352可调节地用紧固件如定位螺钉(未示出)夹持在公用的夹持装 置354内使距离“a”的调节容易进行。或者每一个喷嘴可具有独立的 夹持装置并间隔开地安装在机架上(未示出)。对于任何一种用来固 结不连续长丝纤维的流程，当平均长丝长度大于4.0英寸，最好大于 6.0英寸时，曾惊人地发现当距离“a”被设定为与纤维的平均长丝长 度成正比时，纱线的强度均匀程度可达到最大。

参阅图11中的设备，气动加捻元件83b被放置在固结区38内替 代装置83a而吸丝器220被拿掉。

再次参阅图28，第一喷嘴350被设定得尽可能接近夹持辊组148a (图11)，从钳口到第一喷嘴中气体沟道384和386与纺纱孔351 相交的位置约为1.0英寸。第二喷嘴被设定得从第一喷嘴所说位置到 第二喷嘴中气体沟道394和396与纺纱孔353相交的位置为各种距离 “a”。

图35所示为具有平均长丝长度为“Avg”的纱线的纱线强度图， 对每一个平均长度分别按图28在第一和第二喷嘴350和352中气体 沟道之间的不同间隔“a”测量纱线强度作为数据点。在每一距离“a” 上，取几个纱线试样用Lea氏产品法得出以克/旦(gpd)计的平均强 度数。对于标有8.0、8.9和17.5的曲线，从图中可以看到相应于各 该强度峰值，在喷嘴之间的距离有一特定值即yy英寸。比较这个yy 值与要被加工纱线的平均长丝长度Avg，可得比率avg/yy，这个比率 中可用来选择合适“a”值。对数个不同的纱线长度重复进行这个试 验，得出“a”值的范围为从0.74avg到1.53avg，或较优为0.5avg 到2.0avg，取其平均的较优值为1.1avg。这些结果将在下面结合试 验20-23进一步论述。另一个试验(未示出)其中第二喷嘴停留在 与夹持辊间隔开的位置而使第一喷嘴移动靠近第二喷嘴，结果固结的 纱线具有低强度值，因此我们认为重要的关系在于喷嘴间的距离而不 在于第二喷嘴离开夹持辊的距离。

参阅图11，在辊组74a之后固结的纱线被导到一个卷绕机222 上。在辊组74a和卷绕机222之间为一吸丝器喷管224和一带槽导辊 226。卷绕机具有连结在控制器(未示出)上的摇摆杆和带槽辊228 用来控制卷绕机速率；有一横向机构230用来使纱线32沿着纱线卷 装232的轴线行走；还有一个从动轴。卷绕机具有传统设计，行家都 知道，不需另行说明。

图11示出的流程具有所有各种功能区段，基本上是在一条直线 路径上进行的。所示功能区段包括拉伸区124、第一断裂区34、第二 断裂区36、牵伸区144和固结区38都在一条线上从左到右排列，纤 维遵循一条基本直的路径通过每一个功能区，每一个功能区路径形成 一个单位路径向量(一个具有方向和数量等于一的向量)，该向量在 纤维行进的方向有一个头，还有一个尾。该流程能很好地发挥其功能 但需要占去很多地平面积。对于工厂内的生产机械，最优地利用地平 面积对降低费用是很重要的。图32示出一个拉断法流程用的设备其 中纤维通过一个或多个功能区的路径被折转地布置使在第一功能区 内的路径向量与下一个顺序功能区内的路径向量尾对尾地放置，两者 之间形成45度到180度的夹角，这样可为流程造成一个紧凑的地平 面积。

参阅图32，拉断设备具有一个在辊组404和406之间的拉伸区 402，一个在辊组406和410之间的第一断裂区408，一个在辊组410 和414组之间的第二断裂区412，和一个在辊组414和418之间的固 结区416。固结的纱线在420处被卷绕在卷绕机系统上。如同图11 中的设备，设备400也包括一个加热器140、一个静电中和条186、 涡旋喷射器188和208、一个固结装置83如83a(图26和27)或83b (图28)和各种其他向前驱动的喷射器、导辊、夹持辊等。另外， 在加热器140和第一断裂区408之间有一隔热屏417。为了制造各种 产品的灵活性，在拉伸区402之后在第一断裂区408之前的419处设 有第二纤维喂给。在第二断裂区412之后在固结区416之前的421 处设有第三纤维的喂给位置。操作时，喂给纤维30从未被示出的粗 纱架在位置424处进入拉断设备400，沿着具有一个头为425和一个 尾为427的路径向量426的方向。路径向量不是一个功能区的向量， 因为纤维只是运到这个点上还没有经过任何处理。纤维30移动通过 辊组404并沿着路径向量428行进通过拉伸纤维的功能区即拉伸区 402。纤维30于是移动通过辊组406并沿着路径向量430通过断裂用 的功能区即第一断裂区408。纤维于是移动通过辊组410并沿着路径 向量432通过断裂用的功能区即第二断裂区412。纤维于是移动通过 辊组414并沿着路径向量434行进通过固结用的功能区即固结区 416。固结的纱线32然后在卷绕机420卷绕包装。

图33A、B和C示出在各功能区路径之间形成折转的向量的安排。 在图33A中，顺次的功能区路径向量428和430被尾对尾地放置在一 起。路径向量430的尾被放置得与路径向量428的尾共同存在，两个 直线向量之间的夹角用436标出约为180度。在图33B中，顺次的功 能区路径向量430和432的尾互相共同存在地放置在一起，两个直线 向量之间的夹角438约为90度。在图33C中，顺次的功能区路径向 量432和434的尾互相共同存在地放置在一起，两个直线向量之间的 夹角440略大于90度。而且如果在拉断设备中只有两个功能区：一 个断裂区和一个固结区，纤维在第一断裂区408中的路径向量430 沿着一个方向延伸，在固结区416中的路径向量434被折转沿着一个 与断裂区内的路径反对的、基本上成180度的方向延伸。这样可紧凑 地布置从而缩小占地面积。所有顺次的功能区并不一定需要折转，但 为了节省占地，至少有两个顺次的区段在从一个区段走向下一个区段 时应将纤维路径折转。

这个纤维通过功能区的路径的折转即将第一功能区内的路径向 量与下一个顺次功能区的路径向量尾对尾地放置，从而形成45度到 180度的夹角，可使设备在实施拉断流程时占地面积紧凑。当有多于 两个的功能区时便可能有多个折转和夹角，本发明的折转路径系统可 轮流形成，这时所有在接续功能区之间的各个夹角的绝对值之和以90 度或更多为宜，最好为180度或更多。图32所示的布置只是拉断流 程的一种折转布置，折转路径的概念可应用于其他拉断过程和路径向 量的其他布置。

图11的设备所生产的纱线为不连续长丝短纤维纱线，其旦数能 立即用于纺织品的终端用途，除传统的染色或类似过程外，不需进一 步制备。短纤维产品的线密度典型地约等于或小于1000旦，或者换 一方式，为每一横截面具有500支或较少长丝的短纤维纱线，其时线 密度可大于1000旦。人们认为值得注意的是，该流程能经济地用较 小旦数的散装纤维操作，这样可省去费钱的卷绕工步并可使用未被拉 伸的纤维，这种纤维有时很难成功地把它卷绕包装。这一点与上面说 过的55b专利的纱条拉断装置不同。将散装喂给纤维30用于拉断工 序而制造出固结纱线32的本发明的工艺流程被认为是特别有利的。 这样一个过程包括：从散装着连续长丝纤维的容器内以大于1.0米/ 分的速率抽出纤维，纤维的旦数在2000-40000之间，容器保持的纤 维为10-200磅，将纤维喂给到纤维断裂区内，在一预定的区段长度 内按大于2.0的速比增加纤维的速度使纤维断裂，在断裂区的下游固 结纤维，便可形成短纤维纱线。最好在断裂纤维之前，在断裂区上游 的拉伸区内在预定的区段长度内提高纤维的速率将纤维拉伸并将纤 维加热使它退火。

散装的纤维最好用改进的方法操作短纤维纺机来最经济地获 得。这种机械有一单独的聚合物供应系统喂给多个纺丝位置，这些位 置通常结合在一起，从而可将制出的大旦数的丝束产品收集到容器内 以便以后转变成短纤维。图29示出这样一个系统，短纤维纺机500 例如具有10个位置如502、504、506、508和510各个位置。该机 械提供的聚合物来自一个单独的供源。所有这些位置结合成为一个大 旦数的丝束产品512被散装在一个大容器514内。在传统的短纤维转 变工艺流程中，保持产品的容量超过1000磅的容器514还与其他容 器结合，将所保持的产品一起通过转变流程516，最后造成短纤维， 可在粗梳、精梳、纺纱系统518内纺制成纱线。

现在参阅图30，我们的改进是将具有至少约10个纺制位置的改 进的短纤维纺机501管起来，使它同时生产多个低旦数的丝束产品而 不是生产单独的大旦数丝束产品，而每一个低旦数产品都少于大旦数 丝束产品的约20％。在图30中，可想象至少两个位置，最好至少5 个位置，例如位置502、504、506、508和510将生产个别的低旦数 丝束产品，而其余的5个或更多的位置可继续生产大旦数的丝束产 品，或者参阅图31，改进的短纤维纺机503上的所有位置都可生产 个别的低旦数丝束产品。这种单一的低旦数丝束产品30在纺制位置 具有至少500条纤维被收集在单一的容器160内，该容器可保持约 20到200磅的低旦数丝束产品。用来收集单一低旦数丝束产品的设 施为散装装置524或卷绕机(未示出)；最好使用散装装置来将未被 拉伸产品收集到容器160内，使该产品能被储存、运输和抽出以便进 一步加工。从卷绕机卷绕在一管芯上的包装也是一种容器，从该容器 产品可被储存、运输和抽出以便进一步加工。

新的操作短纤维纺机的方法还包括对至少一个制造低旦数产品 的纺制位置改变纤维产品的特征使其纤维产品特征不同于其余的制 造低旦数产品或大旦数产品的纺制位置。这种改变的纤维产品特征可 包括不同的每支长丝旦数、不同的涂层、由于在纺制位置直接的染料 喷射而造成的不同的颜色、不同的长丝横截面、或通常在个别纺制位 置上可有的其他纤维差异。

操作短纤维纺机的新方法还包括提供一个设施来从至少一个纺 制位置加工低旦数丝束产品使它转变成纺制的纱线产品。这种在图30 和31中示出的设施最好为由散装纤维容器160供料的本发明的拉断 机械522。或者，该机械可为授予Minorikawa的’463专利、或授 予Adams的’778专利或类似的可将连续长丝纤维转变成不连续长丝短 纤维纱线的机械。在短纤维纺机上每一个位置如502可供应拉断机械 522上大概10个纺制位置如位置526的需要，因此每一台都有多个 纺制位置的许多拉断机械如522和522a可由一个单独的短纤维纺机 500供应纤维。

喂给纱线30可用美国专利4,221,345所公开的散装置或用图13 和14所示的装置装到图11、30和31的散装容器160内。图13示出 的散装装置236具有一个导辊238、一个空转辊240、一个驱动辊 242、一个吸丝器喷管244、一个纤维分布转子246、一个转子驱动器 248、一个容器250、和一个容器振荡器252。纤维30可来自连续人 造长丝的短纤维纺机如图30和31中的短纤维纺机501或503。导辊 238将纤维导引到空转辊/驱动辊的组合体即辊240和242，在其上如 箭头254和256所示纤维在沿箭头258的方向喂给到吸丝器喷管244 之前至少包卷一整圈。纤维被吸丝器喷管内的气体推向转子246内的 进入通道260而转子246被转子驱动器248连续转动。纤维移动通过 转子246并通过通道出口262离开。纤维于是以螺旋路径264下降到 容器250内。随着容器的一部分逐渐被纤维填充，容器振荡器缓慢地 移动在转子下面的容器使它逐渐被前后来回的螺旋形敷设的纤维填 充。这种散装装置能以与传统的纺制位置一致的速率操作并将纤维这 样存放使它能从容器以与拉断速率一致的慢速取出。

图14示出转子246的详细剖视图，该转子有一本体266，进入 通道260位在本体266顶部的旋转中心上并被一形成角度的通道268 连接到通道出口262使纤维30(图11)和来自吸丝器喷管244(图 13)的气体能容易地移动通过。有一平衡孔270设在通道出口262 对面来平衡转子和减少旋转时的振动。

如图1、8和9所示的过程使用图11的设备能够生产出的短纤维 纱线具有小于或等于1000旦的线密度或每一横截面具有500支或较 少长丝的短纤维纱线。这样一种纱线当断裂区如上所述那样操作而提 供一种特定的拉断法纱线时具有一个独特的长丝长度分布。该独特的 拉断法纱线具有一个特定的平均长丝长度、一个最大的长丝长度和一 个长丝长度范围。这种拉断法纱线每英寸具有一个有效数目的长丝端 头。这些众多的长线端头中的一个相当大的百分比是从纱线的中央部 分伸出的突起端头，可给纱线一种令人合意的“手感”。在一较优的 实施例中，纱线具有数值的平均长丝长度(与重量平均相对)大于6 英寸，99％的长丝的最大长度小于25英寸，并且中间的98％的长丝 长度形成一个大于或等于平均长度的长度范围。该范围等于中间98 ％试样的最大长度减去中间98％试样的最小长度。纱线也可这样表 示其特征：固结的人造纤维具有长度不同的不连续长丝，这些长丝沿 着纱线的长度交络而保持纱线的整体性，其中长丝的平均长度avg大 于6英寸，而纤维的长丝长度分布的特征为5％到小于15％长丝的长 度大于平均长度avg的1.5倍。最好该长丝长度分布还有5％到小于 15％长丝长度小于0.5avg。

图15示出按照下列过程参数制造的纱线的长丝长度分布图：

eb＝3.5，去拉伸区的喂给纱线

eb＝0.247，在拉伸后进入第一断裂区的纱线

eb＝0.1(进入第二断裂区时的估计值)

L1＝51.0”；L2＝16.9”；(L2＝0.33L1)

D1＝3；D2＝2；(D2-1)/(D1-1)＝0.5

拉伸速比D4＝4.2

拉伸区长度L4＝112”

拉伸温度＝188℃在一12”长的接触面上

喂给材料为一条9147旦的、6.6dpf连续长丝尼龙纤维来自散装 纤维容器。

图15的直方图代表实际纱线试样的长丝长度分布并用271标 出。长丝段是从固结前的纤维中拉出，因此容易取走。没有使用牵伸。 长丝长度是用在US 4,118,921中题为“平均纤维长度”、“纤维长 度分布”和“纤维长度直方图”等部分所说明的过程得到的，这些部 分在本文被参考引用。由于测量和计算已知在纤维的横截面内约有 192支长丝来自第二断裂区，因此从纤维的新端头取走500支长丝， 记录其长度并按1英寸的增量将它们编组。对这500支长丝，每批用 100支长丝按照“平均纤维长度”中所说过程重复进行。结果就得出 图15中的纤维长度和频率的直方图271。与实际试验过程相同的过 程的模型模拟被建立起来，预测的长丝长度分布如图15中的曲线 272。从图可见，长丝长度分布的模拟与实际的长丝长度分布很接近。 就实际试验言，数值的平均长丝长度为11.0”，而就模拟言，平均 长丝长度为11.1”。就实际试验言，中间98％的长丝段的长度为3” 到18”，范围为15”。而就模拟言，长度为3.5”到19.5”，范围 为16”。就实际试验言，99％的长丝的最大长度为18”，而就模拟 言，最大长度为19.5”。在这些项目中模拟值的误差都在实际值的 10％之内。另外，长度小于0.5avg的长丝数目和长度大于1.5avg 的长丝数目都被测量和模拟。测量的结果为小于0.5avg的为8.2％， 大于1.5avg的为5.0％。而模拟的结果为小于0.5avg的为11.16％， 大于1.5avg的为10.27％。这些模拟结果与测量值不太一致。我们认 为这是由于长丝分布的测量结果就分布值的上端和下端而言在统计 上是不可靠的，因为在分布的端部所取的长丝实在太少。在模拟时共 有40,000支长丝被取样，其中包括许多分布在端部的长丝。而在测 量的分布，总共才只500支长丝被测量，分布在端部的长丝当然很 少。要改变这个不一致的情况，或者可在测量的试样中采取较多的试 样。图15中的数据还在表I中列出。

实际试验值和模拟值均在本发明的纱线产品要求达到的限度 内，有如下列：

平均长丝长度＝11.0”和11.1”，该值≥6”

中间98％的范围＝15”和16”，这两值分别≥11.0”和11.1”

99％长丝的最大长度＝18”和19.5”，这两值均≤25”

小于1.5avg的长丝段＝5.0％和10.27％，这两值均在5％和＜15％ 之间

小于0.5avg的长丝段＝8.2％和11.16％，这两值均在5％和＜15 ％之间

下面的表I示出包括某些对比例模拟在内的其他模拟操作条件 并示出各种操作参数的范围，这些范围都在本发明的限度内。表中还 包括某些实际试验的实际结果和模拟结果。

表I模拟结果(所有模拟的每一断裂区，eb＝0.1)   例   Dt   D1   D2   (D2-1)/   (D1-1)   L1   L2   L2/L1   Ndg/Nuc   L1   Ndg/Nuc   L2   平均   长丝   长度   喂给   纤维   旦数   长丝   端数/   英寸   相关   图/表   ％   长丝   ＜0.5avg.   ％   长丝   ＞1.5avg.   CE1   25   25   -   -   30″   -   0.80％   16.6″   1250   6   Fig16   CE2   25   25   -   -   10″   -   0.89％   5.7″   1250   18   Fig17   A   25   2.5   10   6   30″   10″   .33   12.1％   1.39％   6.0″   1250   17   A1   25   3.8   6.6   2.0   30″   10″   .33   B   25   5   5   1   30″   10″   .33   4.43％   3.26％   6.2″   1250   17   B1   25   5.79   4.34   0.7   30″   10″   .33   3.8％   3.8％   C   25   10   2.5   0.16   30″   10″   .33   2.04％   7.63％   6.5″   1250   16   Fig18   13.43   12.06   D   25   2.5   10   6   48″   16″   .33   12.1％   1.4％   9.7″   755   E   25   5   5   1   48″   16″   .33   4.5％   3.0％   9.8″   755   F   25   10   2.5   0.16   48″   16″   .33   2.0％   7.6％   10.6″   755   G   30   5   6   1.25   50″   16.5″     .33   4.34％   2.56％   10.1″   1200   8   Fig19   15.49   14.30   H   30   10   3   0.22   50″   16.5″   .33   2.04％   6.14％   10.6″   1200   8   J   30   5   6   1.25   50″   10″   .2   4.44％   3.40％   6.0″   1200   14   K   30   10   3   0.22   50″   10″   .2   1.95％   8.18％   6.4″   1200   13   Fig15 simul   25.2   3   2   0.5   51″   16.9″   .34   11.1″   9147   Fig15 simu   11.16   10.27

表I模拟结果   Fig15 meas   25.2   3   2   0.5   51″   16.9″   .34   11.0″ 9147 Fig15 meas   8.2*   5.0*   Test20   4.6   3.2   0.61   48″   16″   .33   8.9″s 9700 Table II   14.7s   12.4s   Test21   4.6   3.0   0.56   48″   28″   .58   17.5″s 7800 Table II   13.9s   12.4s   Test22   4.6   3.0   0.56   25.7″   10″   .39   6.4″s 7800 Table II   13.9s   12.3s   Test23   -   10   -   -   16″   8.0″s 9700 Table II   18.3s   18.4s   Test24   4.37   3.36   0.7   30″   10.5″   .35   6.7″s 7800 Table II   14.1s   12.7s

s＝模拟结果  *统计不可靠  simu＝模拟  meas＝测量  Test＝试验  Fig＝图  Table＝表

例CE1和CE2为以总速比Dt＝25操作的对比模拟例。在例CE1 中，断裂区长度L1为30”，双夹持长丝的百分比低。CE1的长丝分 布在图16中画出，可确定99％长丝的最大长度都在25”以上。在 CE2中，断裂区长度为10”，平均长线长度小于6.0”，当交叉被用 来固结时，该值被认为会造成低强度纱线。CE2的长丝分布在图17 中画出，从图上可见99％长丝的最大长度小于25”，这比例CE1改 进。由于在这两个具有单个断裂区的对比例中双夹持长丝的百分比都 低，可以预期这两例在运行时会有可操性问题。当与模拟条件相似的 试验在单个断裂区内进行时可操作性问题对于小于20”的区段长度 会在速比接近20时发生，对于10”的区段长度会在速比接近5时发 生。

例A、B、C、D、E和F都是在总速比Dt＝25下进行的模拟例。例 A示出在第二断裂区内采用高速比D2＝10，结果造成在第二断裂区内 双夹持长丝的低的百分比，虽然这个百分比比对比例中在单个断裂区 内的百分比大50％，但还是较低。例如A1示出将第二断裂区的速比 降低而增加第一断裂区的速比增加以得到合适的(D2-1)/(D1-1) ＝2.0。可以期望这将提高例A的可操作性。例B示出的情况为第一 和第二断裂区都以相同的速比5操作。这样双夹持长丝的百分比可以 得到良好的结果，但在第二断裂区内较低以到可操性问题较易在该区 发生。例B1示出降低第二断裂区的速比并增加第一断裂区的速比使 两个区都具有相同的高百分比的双夹持长丝，可以期望改善第二断裂 区的可操作性。两个区的Ndg/Nuc的近似值是图4中当(D2-1)/(D1 -7)＝0.7时得到的。例C在第一断裂区内采用高速比的影响，与 例A和例B比较，这将降低双夹持长丝的百分比。但在D1＝10时， 双夹持长丝百分比仍然高于例A中当D2＝10时在第二断裂区内的双 夹持长丝百分比。这一点可从图10A中的实际数据得到支持。从该图 中可以看到相应于(D2-1)/(D1-1)的最优值0.7的最大可操作 性点的Dt＝42.8，其时D1为7.5，D2为5.7。因此看起来似乎与双 夹持长丝有关的可操作性问题在第二断裂区内以低速比运行时比在 第一断裂区内容易发生。例C的长丝分布在图18中示出。其中平均 长度＝6.51”(＞＝6”)；中间98％范围＝10”(＞＝6.51”)；最 大99％长丝长度＝11.5”(＜＝25”)或～29.21”。对长度＜0.5avg 和＞1.5avg的长丝数目的模拟结果为＜0.5avg的为13.43％，＞1.5avg 的为12.06％。这就举例证明了本发明每英寸具有合适数目的长丝端 头数。例D、E和F示出当使用较长的第一和第二断裂区L1和L2时 所得到的分别与例A、B和C相似的结果，由于在每一种情况下都是 L2＝0.33L1，因此对双夹持长丝百分比很少影响。而平均长丝长度增 加如同预期那样。

例G、H、J和K为在较高的总速比Dt＝30下运行的模拟例。采用 不同的区段长度，但对例G和H仍有L2-0.33L1，这两例就双夹持 长丝百分比而言分别可与例B和C比较，因为Dt增加得不多，不足 以太多减少百分比。例G的长丝分布在图19中示出。该例比例C有 较长的平均长度＝10.1”，较宽的中间98％范围＝15”，和较高的 最大99％长丝长度＝17.5”。对长度＜0.5avg和＞1.5avg的长丝数目 的模拟结果为＜0.5avg的为15.49％，＞1.5avg的为14.30％。与例C 比，例G具有相应较低的每英寸长丝端头数，但喂给纱线旦数的减少 和速比的增加也使这个值较低。在例J和K中，L2＝0.2L1，但这个 改变不大，在分别与例B和C比较时不足以造成太大的差异。

图20示出图9的概略工艺流程，在该流程中由于在牵伸区144 的下游端也就是固结区38的上游端引入另外的喂给纤维31a能够制 造出新产品。由于纤维31a没有经过牵伸，纤维31a内的长丝可以是 连续的或不连续的。如果使用的是连续长丝，它们可以是低弹性的高 强度长丝如芳族聚酰胺纤维，或者它们可以是高弹性的长丝如 Spandex式纤维或2GT(聚对苯二甲酸乙二醇酯)(用对苯二酸酯化 的1，2-乙二醇或1，2-亚乙基二醇)或3GT(聚对苯二甲酸丙二醇酯) (用对苯二酸酯化的1，3-丙二醇)聚酯纤维。较优的Spandex式纤 维是那种其弹性长丝具有大于约100％的断裂延伸率和从大约50％ 的延伸恢复的至少为30％的弹性恢复率。这些另外的纤维31a可被 添加到纤维30内，而纤维30最好包括一种聚合物如尼龙、聚酯、芳 族聚酰胺、含氟聚合物或Nomax(纤维和纸与间苯二酰氯、 methpenylene diamine原料的商标名)，具有连续长丝的Kevlar芳 族聚酰胺纤维曾在一个产品中与聚酯组合，而具有连续长丝的Lycra 弹性纤维曾在另一个产品中与聚酯组合。

图21示出图9的概略工艺流程，在该流程中由于在拉伸区124 的下游端302也就是第一断裂区34的上游端引入另外的喂给纤维 31b能够制造出新的拉断法产品。如果纤维31b不需要拉伸而要添加 到已拉伸的纤维30中，这样做是有效的。两种纤维都将同时在第一 断裂区内被断裂并将继续一起被处理通过过程的其余部分。这种添加 的纤维31b最好属于聚合物组群包括芳族聚酰胺、含氟聚合物、和 Normex，它们被添加到纤维30内，纤维30最好包括一种来自尼龙 或聚酯组群的聚合物。

图22示出图9的概略工艺流程，在该流程中由于在拉伸区124的 下游端302也就是第一断裂区34的上游端引入第一种另外的喂给纤维 31b；还在牵伸区144的下游端300也就是固结区38的上游端引入第 二种另外的纤维31a能够制造出新的拉断法产品。这样能够有效地把 纤维的特性组合起来如同上面结合图20和21论述的那样。一个特别 好的实施例是引入含氟聚合物作为第一种添加纤维31b，引入Spandex 式纤维作为第二种添加纤维31a，将这两种添加纤维连结到聚酯纤维 30上。这种纱线产品是有用的可作为织造式针织袜子用的纺织纱线。 另一种产品是将不连续的聚酯纤维作为被拉伸的第一喂给纤维，而将 Kevlar的芳族聚酰胺作为第一添加喂给纤维组合进去，与聚酯纤维一 起被拉断，再将具有连续长丝的Lycra弹性纤维作为第二喂给纤维组 合进去构成具有三个组分的纱线。

本发明的拉断工艺流程能有效地用来混合已被加工到某些程度的 纤维如由于引入着色或表面处理使纤维具有某些能用肉眼察觉的可视 特性。拉断是制造特种纱线的一个有效途径，可不必包括许多添加的 工步，这些工步是在传统的短纤维混合中所需要的，其时首先必须用 切短(切割)、混合、粗梳、精梳等工序制备纱条如同图29中在516 和518处示出的那样。在这传统的系统中，必须制备大量的喂给纤维 使流程合算，因为在每批产品生产后清洁加工设备是非常费工费时 的。而在用拉断法时只需制备少量的喂给纤维以便与另一种纤维混 合。在转变到另一种产品混合时除了改变粗纱架上的配置外实际上不 需清理。这在制备少量彩色混合纱线时特别有效。参阅图9，本申请 人曾发现喂入第一种彩色纤维31c和第二种不同的彩色纤维31d能够 生产出两种彩色混合的不同的彩色纤维。所谓不同的彩色是指两种彩 色基本上是非白色和非本色的变化，虽然其中一种纤维可以是白色和 本色的，但另一种是截然不同的非白色和非本色的彩色。这样做的意 图是将两种截然不同的彩色组合，一起拉断然后固结从而造成一种新 的截然不同的彩色·ASTM E12委员会的标准E-284曾说明一种根据亮 度测量来区别中性色如白色和本色的方法，白色和本色的亮度大于90 ％。还可用CIELAB单位区别色度和色调来检测彩色的差异，截然不同 的彩色在CIELAB单位上的差异至少为2.0。混合纤维的至少两种不同 的彩色，其中只有一种彩色的亮度大于90％，而其他彩色在CIELAB 单位上的差异至少为2.0便可从至少两种不同的喂给纤维造成新的彩 色纱线。新纱线的彩色与任何一种喂给纤维的彩色截然不同。当进一 步加工成为布状材料时呈现一种温和的混色外观。能用本申请的拉断 流程混合的纤维还可具有其他在视觉上的差异如反射、吸收、润湿能 力等。

图23为图1中工艺流程线的概略立视图，示出退火区124a的增 添是在固结区38之后。退火区以前曾结合拉伸区124论述，在使用图 8所示的加热设施时速率基本上没有改变。将退火区设在固结区之后 可用于纱线的最终收缩必须控制在规定值的过程内，因为在纱线形成 后退火是完成这个目标最直接的途径。这种布置在另一种情况下也是 有用的，即当喂给纤维具有两种不同的纤维而退火热处理会使纱线内 的每一种起不同反应而造成一种特殊效果的纱线时，如当两种纤维的 收缩不同而不同的收缩能产生膨松的或多圈的纱线时。

图24示出一种新的拉断法产品的长丝的显微照片，该产品中每一 支长丝的端头304都在拉断过程中被裂开。喂给纤维为具有连续聚酯 长丝的人造纤维，聚酯长丝为E.I Dupont生产，商标为Coolmax。 该产品在授予Corrafa的US 3,914,488和授予Aneja的US 5,736,243 中有说明。参阅25，其中示出该长丝的横截面，有一宽度306，在该 宽度内有多个薄部314和316连接起来的厚部308、310和312。人们 确信拉断过程在拉断长丝时会使长丝端头的薄部314和316分开。分 开发生在至少约三倍长丝宽度的长度318内，因此在长丝的端头上一 个或多个厚部如308就与其他厚部如310和312分裂开。人们认为这 样就可造成在纱线内具有较多长丝端头的外观和感觉，从而可改善由 该纱线制成的织物的“手感”。

表II产品和流程综览

P-散装；W-卷绕                        *E.IDuPont的商标

#100℃24英寸长，然后180℃12英寸长     s-来自模拟的结果

@见表III                              e-由数据估计，并实际测量

表II示出按照本发明的讲授制出各种产品，大致实施图9所示的 工艺流程使用图11中的设备。喂给材料的旦数总共约为1,500- 20,000，产出纱线的旦数约为100-400。在该流程中被拉伸的纤维通 常被充分拉伸，因此进入第一断裂区的断裂延伸率约为10％。

试验1示出制造最终旦数为137的尼龙纱线的工艺流程条件。该 流程有一拉伸区、一第一断裂区、一第二断裂区、一牵伸区和一固结 区与图9中的流程相似。喂给纱线来自散装容器如图11中的160(在 表II中用P指出)，最终产品被卷绕在卷绕机上如图11中的222。 固结喷射器83a(图9和26)的气体沟道与纱线行进方向所成角度340 为60度，这个角度对使用这个喷射器83a的所有试验都一样。喷射器 外表面328与辊组148的辊150和152之间的钳口间隔开的距离约为 6.0英寸。人们认为这个过程生产的纱线具有本发明的特征：平均长 丝长度大于或等于6”，99％长丝的最大长度小于25”，中间98％的长 丝段形成的长度范围值大于或等于平均长丝长度值，并有5％到小于 15％的长丝在长度上大于平均长丝长度的1.5倍。

试验2示出的工艺流程条件与试验1相似，有一拉伸区、一第一 断裂区、和一第二断裂区，大致与用来制造图15所示产品的相同。纤 维进一步在牵伸区和固结区内加工，形成209旦的纱线，产品便告完 成，这个产品可指望具有图15所示那样的长丝分布。

试验3示出的产品用长丝间摩擦系数小于0.1的聚合物制成，这 是一个含氟化合物，由E.I.Du Pont de Nemours公司(以后简为“Du Pont”)制造以商品名Teflon供售。工艺流程生产的短纤维Teflon 产品难于用其他方法经济地制造。在图11的辊组50a、60a和148a 上使用图1A中所画的“亚米茄”包卷借以控制纤维在辊组内的滑动。 喂给纤维由筒子卷装如图11中的162供应(在表II中用W指出)。 该流程与试验1不同之处在于纤维没有在拉伸区内加热或拉伸。人们 确信这个产品具有大于6.0英寸的平均长丝长度和与试验1相似的其 他特征。

试验4示出的产品用与图21所示相似的工艺流程制造，其时在聚 酯纤维(DuPont商标Dacron)被拉伸后在辊组42(图11中的42a) 的上游端喂入高强度的芳族聚酰胺纤维(DuPont商标Kevlar)，于 是与聚酯纤维一起被拉断、牵伸和固结，生产出397旦的混合纱线。 在图11中的辊组50a、62a和148a上使用图1A中所画的“亚米茄” 包卷，借以控制纤维在辊组内的滑动，因为芳族聚酰胺需要大的拉力 才能断裂。人们确信这个产品具有与试验1相似的长丝长度特征。

试验5示出的产品用与试验3相似的工艺流程制成，其中芳族聚 酰胺纤维(DuPont商标Kevlar)和含氟聚合物(DuPont商标 Teflon)被一起喂入到拉伸区内没有被加热也没有被拉伸；拉伸区只 是被用作方便的途径将纤维运送到第一断裂区，Kevlar和Teflon 于是一起被拉断、牵伸、和固结，从而生产出274旦的混合纱线。在 图11的辊组50a、62a和148a上使用图1A中画出的“亚米茄”包卷 借以控制纤维在辊组内的滑动，因为芳族聚酰胺纤维需要大的拉力才 能断裂而含氟化合物需要较多的表面接触来避免滑动。这种纱线特别 适合制造增强织物可用作工业上的同步牙轮带，其时高强度和低磨损 都被重视。人们认为这种产品具有与试验1相似的长丝长度特征。

试验6示出的产品用与试验5相似的工艺流程制成，其中芳族聚 酰胺纤维(DuPont商标Kevlar)和高温纤维(DuPont商标Nomex) 被一起喂入到拉伸区内，没有被加热也没有被拉伸；拉伸区只是用来 作为方便的途径将纤维运送到第一断裂区，Kevlar和Nomex于是一 起被拉断、牵伸和固结，从而生产出230旦的混合纱线。在图11中的 辊组50a、62a和148a上使用图1A中画出的“亚米茄”包卷借以控制 纤维在辊组内的滑动，因为芳族聚酰胺纤维需要大的拉力才能断裂。 人们认为这种产品具有与试验1相似的长丝长度特征。

试验7示出的产品用与试验3相似的工艺流程制成，其中芳族聚 酰胺纤维(DuPont商标Kevlar)被喂入到拉伸区内没有被加热也没有 被拉伸；拉伸区只是用作方便的途径将纤维运送到第一断裂区。使用 “亚米茄”包卷。生产出低旦数为101的Kevlar纱线，这种纱线用 其他方法是难以经济地制出的。人们认为这种产品具有与试验1相似 的长丝长度特征。

试验8所示产品用与试验4相似的工艺流程制成，不同的是在聚 酯纤维(DuPont商标Dacron)被拉伸后在辊组42(图11中的42a) 的上游端含氟聚合物纤维(DuPont商标Teflon)被喂入，含氟聚合 物和聚酯于是一起被拉断、牵伸和固结，生产出278旦的混合纱线。 这种产品可用来制造袜子能减少在穿载者脚上形成局部隆起。人们认 为这种产品具有与试验1相似的长丝长度特征。

试验9所示工艺流程与试验1相似，不同的是所用为聚酯纤维。 制出的纱线的旦数为274。人们认为这种产品具有与试验1相似的长 丝长度特征。

试验10所示产品用与图20所示相似的工艺流程制成，其中在聚 酯纤维(DuPont商标Dacron)被拉伸、拉断和牵伸后，在辊组148 (图11中的148a)的上游端连续长丝的弹性纤维(DuPont商标 Lycra)被喂入。Lycra在连结到Dacron上以前被拉长延伸到约100 ％，然后一同固结，Lycra长丝仍保持连续。当完成的纱线在没有张 力的情况下被保持时Lycra就收缩并成为具有高度弹性的膨松多圈 的纱线。

试验11示出的工艺流程与试验9的相似，不同的是聚酯长丝具有 如图25所示的横截面，从而生产出具有图24所示裂开端头的277旦 的纱线。

试验12示出的过程与试验1的相似，不同的是喂给纤维由两种不 同的、各具不同彩色的纤维构成。两种彩色纤维在拉伸前就被组合， 然后如同单束纤维那样一起被拉伸和拉断。第一种纤维为清晰的粉红 色，第二种纤维为紫色，人们认为这两种彩色都是亮度小于90％的非 中性色并且它们具有的彩色差异至少为2.0CIELAB单位。最后造成的 纱线的彩色显然不同于任何一种喂给纤维的彩色。人们确信当这种纱 线织成织物时将具有混色的外观。

试验13示出的工艺流程与试验12的相似，不同的是粉红色纤维 被认为是中性的亮度大于90％的淡灰色纤维取代。造成的纱线具有显 然不同于任一种喂给彩色的彩色，纱线本身具有清晰的混色的外观。

试验14示出的工艺流程与图20的相似，其中Kevlar的第一喂 给纤维被拉断(如同试验7)，而具有连续长丝的Kevlar第二纤维正 好在图11中的辊组148a的上游被喂入。连续长丝Kevlar的不连续 的拉断长丝固结，构成旦数为311的增强短纤维纱线。

试验15示出的工艺流程与图22的相似，其中Teflon纤维在辊组 42(图11中的42a)(如同试验8)的上游被喂入，而Lycra纤维在 辊组148(图11中的148a)的上游被喂入。Teflon纤维与拉伸的 Dacron纤维一起被拉断和牵伸，然后这个混合的不连续纤维被具有连 续长丝的Lycra纤维固结如同在试验10中所述的那样。这样便可制 出能伸长的、膨松而低摩擦的纱线，适宜制造可减少局部隆起的弹力 袜。

试验16示出的工艺流程与试验1的相似，其中两个分开的喂给纤 维被供应到该流程中造成一个接近20,000旦的大旦数据给纤维进入 到拉伸区内。在拉伸区内在图11中的加热器140上使用两个温度区。 第一区具有在100℃的24英寸长度，接在其后的第二区具有在188℃ 的12英寸长度。总的流程速比超过70×(70倍)，生产出277旦的 纱线。

试验17示出一个按照本发明的说明制造的产品，特别是使用图11 中的设备来实施图8所示工艺流程。由于该流程并不使用牵伸区，所 以图11中的牵伸区144和辊组148a须除去并将固结区38移动到靠近 辊组62a的位置。使用图28中的固结装置或被称为串列喷射器装置， 流程的总拉伸为48，制出192旦的产品，表明使用一个0.25的低的 L2/L1比率。表III列出串列喷射器的参数。

表III所选试验用的串列喷射器的数据     试验   喂给   速率   码/分                     第一喷嘴                      第二喷嘴            喷嘴位置   平均   长丝   长度   avg   (英寸)   a/avg   比率   纱线孔          小孔数      小孔            小孔加   和长度          和直径      位置I1         捻方向   (mm)            (mm)        (mm)   纱线孔           小孔数      小孔         小孔加   和长度           和直径      位置ID      捻方向   (mm)             (mm)        (mm) R62-         R62-N2       N1-N2 N1           距离         距离 距离         (英寸)       (英寸) (英寸)       ″X″        ″a″     17   3.1   3.5×37.0   3×0.5   12.32     S   2.5×38.0  8×0.3  18.14   Z 1.72  10.7   9.0#     20   4.3   3.5×37.0   3×0.5   12.32     S   2.5×38.0  8×0.3  18.14   Z 1.72   11   9.2*   8.9s   1.03     21   5.6   3.5×37.0   3×0.5   12.32     S   2.5×38.0  8×0.3  18.14   Z 1.72   14.7   13.0*   17.5s   0.74     22   5.6   3.5×37.0   3×0.5   12.32     S   2.5×38.0  8×0.3  18.14   Z 1.72   -   -   6.4s   -     23   7.7   3.5×37.0   3×0.5   12.32     S   2.5×38.0  8×0.3  18.14   Z 1.72   14   12.2*   8.0s   1.53     24   5.2   3.5×37.0   3×0.5   12.32     S   2.5×38.0  8×0.3  18.14   Z 1.72   7   5.2#   6.7s   0.78     25   9.9   3.5×37.0   3×0.5   12.32     S   2.5×38.0  8×0.3  18.14   Z 1.72   8.7   7.0#

*“a”对产品的平均长丝长度优化

#“a”未曾对产品的平均长线长度优化

s＝模拟结果

试验18使用的工艺流程与试验17大致相同只是使用了图26和 27的交叉喷射器。喂给纱线由两股各为6280旦的黑色尼龙丝束构成， 它们在进入拉伸区之前就已组合在一起，造成的最终纱线的旦数为 186。该流程运行的总拉伸为67.4，输出速率可高达303码/分，这个 速率已接近试验所用机械的速率极限。如果使用本发明的工艺流程和 速率较高的机械可望达到超过500码/分的较高的速率。

试验19示出与试验18相似的结果，其时最终输出速率为269码/ 分，制成198旦的Dacron产品。

试验20、21、22和23都是在与试验17相似的配置下进行的，目 的是要考查图28中固结装置的喷嘴之间最优的距离“a”。每一试验 都被配置生产由模拟确定的具有不同平均长丝长度的纱线。对每一平 均长丝长度都进行好几次试验，其时变化固结装置的喷嘴之间的距离 “a”，将第一喷嘴N1停留在离开气体通道与纤维孔的交叉点的距离 为1.72英寸的位置上；移动第二喷嘴到各个位置便可变化“a”，然 后将固结的各个纱线试样收集起来，用Lea产品过程测量每一位置试 样的强度，就第二喷嘴的每一位置以克/旦计将强度记录下来。

试验20被配置生产模拟所确定的具有平均长丝长度为8.9英寸的 纱线。结果在图35中以标有8.9的曲线画出。最大强度发生在喷嘴间 距“a”为9.2英寸时如在表III中试验20所记录的情况，这时a/avg 的比率为1.03。对这个试验所用条件还进行了长丝分布的模拟，结果 在表I中试验20项下示出。模拟指出长丝的分布，大于1.5avg的可 达12.4％，小于0.5avg的可达14.7％。

试验21如试验20那样进行，只是断裂区长度被改变以资生产出 平均长丝长度为17.5英寸的Dacron聚酯纤维。这组条件中还用0.58 的高的L2/L1比率进行。结果在图35中以标有17.5的曲线画出。最 大强度发生在喷嘴间距为13.0英寸如表III中试验21项所载，这时 a/avg的比率为0.74。用这试验条件还对长丝分布进行模拟，结果如 表I中试验21项所载。模拟指出长丝的分布，大于1.5avg的可达 12.4％，小于0.5avg的可达13.9％。

试验22如试验20那样进行，只是断裂区长度被改变以资生产出 平均长丝长度为6.4英寸的Dacron聚酯纤维。结果在图36中以标有 6.4的曲线画出，该曲线并没有显著的最大强度值，基本上是平坦的， 只是有一处强度陡降到约为0.8，这个值是估计的，因为在这约为4 英寸的距离制出的试样十分软弱以到整绞不能被卷绕进行Lea的试 验。这可能是由于在小的平均长丝长度时喷嘴间距对强度并非决定性 的或者是该试验尚有未被解释的问题。还在这个试验条件下对长丝分 布进行模拟，结果在表I中试验22项列出。模拟指出长丝分布，大于 1.5avg的可达12.3％，小于0.5avg的可达13.9％。

试验23的安排是不让纤维在第一断裂区断裂，只让它在第二断裂 区断裂，借以模拟单个断裂区的流程。该试验被配置生产具有平均长 丝长度为8.0英寸的纱线。结果在图35中以标有8.0的曲线画出。最 大强度发生在喷嘴间距“a”为12.2英寸时如表I中试验23项所载， 其时的a/avg比率为1.53。在这试验条件下还对长丝分布进行模拟， 结果在表I中试验23项列出，模拟指出大于1.5avg的可达18.4％， 小于0.5avg的可达18.3％。这个用一个断裂区制造的产品虽然产品 特征在使用两个断裂区的本发明的限度之外，但它表明喷嘴间距对最 佳的纱线强度有一最优值，并能在平均长丝长度大于6英寸的纱线的 多种制造流程中实行。

观察试验20、21、22和23的结果，第一喷嘴和第二喷嘴之间的 间距值范围为0.74到1.53或者约为具有平均长丝长度大于约6.0英 寸的纤维/纱线的平均长丝长度的约0.5至2.0倍，取三个“a”值平 均，可得“a”的最优值约为1.1avg。虽然试验22没有一个最大强 度点，但它有一个强度减小点，这个强度减小点如果遵照本发明的讲 授是可以避免的、在配置过程时可将喷嘴设在较优的“a”值即1.1avg 上，这样得出的“a”值为1.1×6.4＝7.0英寸，可以越过5.0英寸的 强度减小位置。

试验24的配置与试验17相似，使用图28中的固结装置，L2/L1 比率定为0.35，生产出的纱线具有的平均长丝长度为6.7英寸。

试验25使用与试验17相似工艺流程。在试验中的喂给材料为双 组分的弹性纱线，其中每一长丝都有一圆形横截面，横截面的一半为 2GT聚酯，另一半为3GT聚酯。这种喂给材料曾在授予Evans等的美 国专利3,671,379中说明过，在这里被参考引用。授予其他人的相关 专利还有3,562,093；3,454,460和2,439,815。在横截面内的两个不 同的聚合物在纺制后具有不同的收缩特性，因此在热处理后该纤维变 成卷曲的纤维而长丝卷曲或盘旋的有弹性的组织。在用热处理激活纤 维的潜在弹性之前，纤维仍有显著数量的弹性式卷曲，以致过去在使 用传统的精梳和粗梳设备制造短纤维纱线时发生问题。结果使人们认 为这种双组分纤维的短纤维纱线在纺织行业将不为人所知，造成的多 长丝纱线十分似弹簧，具有相当大的弹性从没有拉力到最大拉力，其 时所有弹性被除去而长丝没有塑性变形。这个弹性的特征为卷曲展现 (CD)百分比。该卷曲展现可用湿热来促进，并可按照上述379和’460 中的导则来测量。完成的纱线在拉断后必须进行热处理以恢复其潜在 弹性并得到其最终的弹性特性。

试验25示出制造2GT聚酯和3GT聚酯组分(用BC23指出)的双 组分纱线的过程条件，纱线的最终旦数为160，该流程有一热处理区， 一第一断裂区，一第二断裂区，和一固结区，与图8中的流程相似， 没有使用牵伸区。喂给纱线来自12个100旦纱线的筒子卷装，每一个 包装与图11中的162相似。该喂给纱线被预拉伸，但未曾经过热处理， 虽然纤维具有一些部分弹性或卷曲，但其潜在弹性未曾发挥。最终纱 线产品被卷绕在图11所示的卷绕机222上。所使用的固结装置为图 28中的串列式喷射器。拉紧器164被调节到能在喂给纱线上提供足够 的拉力使所有的部分伸长(卷曲)在辊168处从喂给纱线上被除去。 纱线在保持拉力但并不拉伸长丝的条件被纤维加热器140热处理到 180℃。虽然该纤维在拉伸区124内并不拉伸，但令人惊奇的是纤维必 须加热方能保持在断裂区内的良好可操作性。纱线在区段D1和D2内 被拉断和再拉断，然后没有牵伸地被送往固结喷射器83b，形成160 旦的纱线，然后卷绕到222处的包装上，卷绕时施加足够的拉力使纱 线内的伸长基本上除去。为了发挥纱线的弹性，必须将纱线加热到约 100℃使它形成螺旋形盘旋的弹性纱线组织(具有折皱和卷曲)而具有 良好的膨松和弹性恢复率。这时加热可在分开的工步内完成或者纱线 可被织成织物而热量由织物的染色过程提供。卷曲的不连续的长丝纱 线被认为具有约35-40％的卷曲，这是按照授予Evans等的379专利 中所说明的程序测量出来的。人们认为这个流程中所产生的纱线内的 折皱和卷曲由于长丝的杂乱断裂而被松解，因此这种线纱在制造具有 “桔子皮”(织物表面具有如桔子表面那样带斑点的外观)少的拉断 法短纤维织物时是非常有用的。用折皱或卷曲的纱线制成的织物如果 纱线没有被频繁地松解会出现桔子皮。

试验26示出的过程条件用来制造50∶50的2GT和3GT组分 (BC23)的双组分纱线，固结的纱线最终的旦数为176。该流程具有 一个拉伸和热处理(退火)区、一个第一断裂区、一个第二断裂区、 和一个固结区，与图8中的流程相似，没有使用牵伸区。喂给纤维来 自24个筒子包装组成的4714旦未被拉伸的纱线。最终的纱线产品被 卷绕在如图11中222的卷绕机上。固结交缠喷射器83a(图26和27) 具有气体进入小孔与纱线行进方向成60度角。拉紧器164被调节到在 喂给纱线上提供足够的拉力使所有伸长都在辊168处从喂给纤维上除 去。纱线在被纤维加热器140加热到160℃的温度下被拉伸，拉伸率 为3.0X。纱线在区段D1和D2内被拉断和再拉断，然后不牵伸地被送 到固结喷射器83a，制成176旦的纱线，再在122处(图11)用筒子 卷装。如果纱线用(热空气式)蒸汽热处理，将温度提高到100℃， 以资使长丝内的收缩和卷曲重新展现，那么该纱线可被期望有一个约 为50-60％的CD。该值略高于试验25中用串列喷射器配置固结而制 出的包缠纱所可期望的值。如果同一纤维只是被拉伸而不是被拉断， 那么人们认为它可有一个约为55-65％的CD，该值只是略高于本发明 的短纤维纱线而后者具有比连续长丝双组分纱线更为合适的手感。

试验24和25的结果是令人惊奇的，不管是从拉伸区内预先拉伸 过的或没有拉伸过的纤维都可制成具有良好运行性能的短纤维拉断法 纱线，只要用预加张力首先除去所有喂给纱线的伸长，然后将纱线加 热使预先拉伸过的或在长丝拉断之前正在被拉伸的纤维退火即可。喂 给纤维的伸长特性基本上可保持在完成的短纤维纱线内。

人们相信其他弹性纤维即卷曲纤维也都可以使用本发明讲授的方 法加工。其他纤维可包括不同聚合物的组合如不同的尼龙聚合物或不 同的组织如双成分纤维。双成分纤维的典型做法是有一高弹性或“软” 的芯部聚合物如Lycra弹性弹性体，其上述结着非弹性(“硬”)的 “翼”部在纺制时作为纵向肋骨。在纺制后能用热激发纤维的弹性， 使软芯聚合物的收缩相当大地超过硬翼聚合物的收缩，从而使复合组 织成螺旋形地盘旋，看起来如同螺钉的螺纹那样。这个纤维组织在纺 制和拉伸后而在热处理之前也有一些“卷曲”，与双组分的纤维相似。 聚合物对应相容使它们粘合在一起并能共纺。为此它们必须有相似的 热灵敏度和功能的纺制粘性。因此有效对通常在化学上非常相似，或 者具有某些特定的相互作用。普通的双组分为两个聚酯、两个尼龙等， 而双成分为例如4GT/4GT-4GO(4GT为聚对苯二甲酸丁二酯，GO为乙 二醛)(HYTREL)和尼龙/PEBAX；均聚物/成块共聚物对，其中共 聚物的一块与共聚物相同。比率可有相当大的变化，但一般被限制在 80/20和20/80，最好为70/30到30/70之间。其他传统的卷曲纤维， 如用喷嘴、齿轮卷曲机、填塞箱卷曲机等卷曲的纤维也都可用本发明 的流程转变为短纤维纱线。

由上可见，本发明所提供的方法可用来拉断连续的长丝纤维，制 出不连续的长丝纤维，并将这些纤维固结成为纱线，完全可满足以前 提出的目标和优点。虽然本发明已结合具体实施例进行说明，但显然 本行业的行家尚可对此作出许多替代、修改和变化。因此本发明理应 包括所有这些在所附权利要求书中的创意和广阔范围内的替代、修改 和变化。