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CN1250784C - 聚酯纤维的制造方法 - Google Patents

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CN1250784C
CN1250784C CNB018029469A CN01802946A CN1250784C CN 1250784 C CN1250784 C CN 1250784C CN B018029469 A CNB018029469 A CN B018029469A CN 01802946 A CN01802946 A CN 01802946A CN 1250784 C CN1250784 C CN 1250784C
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polyester
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西大路诚
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Abstract

本发明提供一种与以往条件相比，即使拉伸假捻加工条件高度化且高张力化，也能得到残余伸长高的膨松丝的作为拉伸假捻加工用原丝的聚酯纤维的制造方法。根据本发明的聚酯纤维的制造方法，一边用牵引辊将从喷丝头熔融纺出的聚酯丝束以3000m/min以上的速度牵引，一边用冷却风冷却到玻化温度以下，接着，在从所述牵引辊至用卷取装置卷绕成卷装期间，加热到温度高于玻化温度的温度，使其物性值成为双折射Δn为0.07以下、断裂伸长率为80%以上、比重为1.35g/cm3以上。

Description

聚酯纤维的制造方法
技术领域
本发明涉及聚酯纤维及其制造方法，更详细地说，特别是关于拉伸假捻加工用原丝所使用的聚酯纤维及其制造方法。
背景技术
拉伸假捻加工用原丝所使用的聚酯纤维广泛使用大致称为POY(partially oriented yarn)半拉伸丝。这种聚酯半拉伸丝通过以下方法制造，将熔融状的聚酯从喷丝头纺出，一边将该纺出丝束以3000m/min以上的高速牵引，一边用冷却风冷却固化。
通过这种高速纺丝牵引所得到的聚酯半拉伸丝，成为其断裂伸长率为80％以上、双折射Δn为0.07以下、比重不满1.35g/cm3的物性值。以往，以这种聚酯半拉伸丝为拉伸假捻加工用原丝，在加工代表品种75d-36f(75dtx-36f)的拉伸假捻丝的情况下，在加工速度为900～1000m/min、加工张力为40～50cN的条件下进行拉伸假捻加工，得到残余伸长约为20～25％的膨松丝。这种膨松丝的残余伸长比较高，约为20～25％的范围，因而，即使在织布工序或编织工序的高次工序中使用，也不会产生断丝，可进行稳定的作业。
但是，以提高生产性为目的，使拉伸假捻加工用速度上升到1200m/min以上，另外，为了稳定该高速加工时的张力不均匀而使加工张力为55cN以上时，如果以上述物性值的聚酯半拉伸丝作为拉伸假捻加工用原丝的话，只能得到残留伸长在20％以下的膨松丝。由于膨松丝的残留伸长在20％以下，所以，用在织布工序或编织工序的高次工序时，常常会发生断丝，导致不能稳定作业、编织物质量下降等问题发生。
发明内容
本发明的目的是提供一种与以往条件相比，即使拉伸假捻加工条件高度化且高张力化，也能得到残余伸长高的膨松丝的作为拉伸假捻加工用原丝的聚酯纤维。
本发明的另一目的是提供一种与以往条件相比，即使拉伸假捻加工条件高度化且高张力化，也能得到残余伸长高的膨松丝的作为拉伸假捻加工用原丝的聚酯纤维的制造方法。
本发明的再一目的是提供一种即使加工速度为1200m/min以上、加工张力为55cN以上时，也能得到残余伸长为20％以上的膨松丝的拉伸假捻加工用原丝的聚酯纤维及其制造方法。
为了达到上述目的，本发明的聚酯纤维的特征是，具有其双折射Δn为0.07以下、断裂伸长率为80％以上、比重为1.35g/cm3以上的物性值。
此外，为了达到上述目的，本发明的聚酯纤维的制造方法的特征是，一边用牵引辊将从喷丝头熔融纺出的聚酯丝束以3000m/min以上的速度牵引，一边用冷却风冷却到玻化温度以下，接着，在从上述牵引辊至用卷取装置卷绕成卷装期间，加热到温度高于玻化温度的温度，使其物性值成为双折射Δn为0.07以下、断裂伸长率为80％以上、比重为1.35g/cm3以上。
如上文所述，本发明的聚酯纤维，由于其比重在1.35g/cm3以上，因此，可进行纤维内分子的结晶化，即使拉伸假捻加工速度高速化、增大加工张力，也能得到不产生断丝的抗张强度。此外，除了比重高外，由于双折射Δn为0.07以下、断裂伸长率为80％以上，因而，可使拉伸假捻加工后的膨松丝的残余伸长在20％以上。因此，即使把这种膨松丝供给织布工序、编织工序等高次工序，也不会产生断丝，可稳定地作业。再者，在高次工序中，由于不会断丝，所以能得到高质量的编织物。
附图的简要说明
图1是例示用于实施本发明聚酯纤维的制造方法的装置的概略图。
图2是例示图1装置所使用的加热装置的示意图，是图3的B-B向视图。
图3是图2的A-A向视图。
图4是例示用于实施本发明聚酯纤维的制造方法的装置的另一种形式的概略图。
图5是例示拉伸假捻装置的概略图。
实施发明的最佳形式
本发明的聚酯纤维，由具有纤维轴向的双折射Δn为0.07以下、断裂伸长率为80％以上、比重为1.35g/cm3以上的物性值的半拉伸丝(POY)组成。最好是，希望断裂伸长率为80～140％，比重为1.35～1.385g/cm3。具有这种物性值的本发明的聚酯纤维特别适用于拉伸假捻加工用原丝，即使拉伸假捻加工条件高速化且高张力化，也能成为残余伸长为20～25％的高的区域内膨松丝。
用于本发明的聚酯，只要具有纤维形成性就可以，并没有特别的限定，但是，比较好的是，主要络丝单位由对苯二甲酸乙烯构成的聚酯，更好的是，对苯二甲酸乙烯单元为85％以上含量的线状聚酯，最好的是，对苯二甲酸乙烯单元为95％以上含量的线状聚酯。
在上述聚酯中共聚合使用的二元羧酸有例如间苯二甲酸、二苯氧基乙烷二元羧酸、二苯基-4，4二元羧酸、二苯氧基乙烷二元羧酸等的芳香族二元羧酸及其官能衍生物；己二酸、癸二酸、琥珀酸、戊二酸等脂肪族二元羧酸及其官能衍生物；环乙烷二甲酸等的脂环族二元羧酸及其官能衍生物等。
另外，在上述聚酯中共聚合使用的乙二醇有例如二甘醇、三甲撑二醇、四甲撑乙醇、新戊醇等的脂肪族乙二醇；环乙烷二甲基(シクロヘキサンジメタノ一ル)等的脂环族乙二醇；双酚A、双酚A的环氧化物附加物等芳香族乙二醇等。
本发明的聚酯纤维，其特征是，双折射Δn为0.07以下、断裂伸长率为80％以上，同时比重为1.35g/cm3以上。即是说，以往的聚酯半拉伸丝虽然具有双折射Δn及断裂伸长率大致相同的物性值，但是，由于其比重小于1.35g/cm3，因此，纤维内分子的结晶度高，具有大的抗张强度。
因而，在例如拉伸假捻加工丝的代表品种为75d-36f(83dtx-36f)的情况下，即使拉伸假捻加工速度从以往一般的1000m/min上升到1200m/min以上，而且，加工张力也从49cN程度的水平提高到55cN以上，也不会发生断丝、能保证稳定的拉伸假捻加工，得到的膨松丝的残余伸长在20％以上，特别是达到了20～25％的水平。
通过这样的拉伸假捻加工速度的高速化，提高了生产性，另外，通过高张力化，可抑制张力变动，因而能得到高质量的膨松丝。进一步，由于拉伸假捻加工所得到的膨松丝的残余伸长比较大，因此，即使将其供给织布工序或编织工序的高次工序，也不会产生断丝，可进行稳定的作业，另外，在织布或编织中得到的编织物是高质量的。
上述聚酯纤维的制造方法，将熔融状态的聚酯从喷丝头纺出，一边用牵引辊将该熔融纺出的聚酯丝束以3000m/min以上的速度牵引，一边用冷却风冷却到玻化温度以下，之后，在从牵引辊到用卷取装置卷绕成卷装的工序中，加热处理到高于玻化温度的温度，使其成为双折射Δn为0.07以下、断裂伸长率为80％以上、比重为1.35g/cm3以上。
牵引辊是通过移送限制牵引速度使其表面上卷挂纺出丝束并的装置，通过马达等主动地驱动。牵引辊有一个就可以了，但最好设置两个，各牵引辊分别以90°以上的卷挂角度相互卷挂。
在本发明的聚酯纤维的制造方法中，只要将熔融纺出的聚酯丝束冷却到玻化温度以下的方法使用冷却风，则并没有特别的限定。例如，可以采用从熔融纺出丝束的单侧吹冷却风的方式、从熔融纺出丝束的全部周围向中心部以向心状吹冷却风的方式等等。利用前者的单侧吹风的方式，熔融纺出丝束沿着与冷却风吹风的方向垂直的方向行走丝束，产生空气阻力，因此，一边冷却的同时很容易提高该纺出丝束的张力，结果，作为牵引辊的牵引速度最好在3000～4500m/min的范围。借助于该牵引速度可使聚酯纤维的双折射Δn为0.07以下、断裂伸长率为80％以上。
在从熔融纺出丝束的全部周围吹冷却风的后者的冷却方式的情况下，熔融纺出丝束从喷丝头到牵引辊可大致以直线状行走。如果利用该直线状的行走状态，在冷却域的下游侧设置冷却风与纺出丝束平行地流动的区域，就可以施加通过平行流减少冷却到玻化温度以下的纺出丝束的张力的应力缓和作用。借助于该应力缓和作用，即使牵引辊的牵引速度上升到5000m/min以上，也能将双折射Δn控制在0.07以下、断裂伸长率控制在80％以上。
在采用任何一种冷却方式的情况下，在后续的从牵引辊到卷取装置卷取的工序中，通过对冷却到玻化温度以下的纺出丝束再次进行加热处理使其温度高于玻璃转换温度，依然可得到本发明的聚酯纤维。通过采用这种以高于玻璃转换温度的温度进行的加热处理，可进行聚酯纤维内分子的结晶化，使聚酯纤维的比重达到1.35g/cm3以上。
另外，作为在上述的牵引辊以后的工序中不进行加热处理的方法，还有在距喷丝头至少30mm以上、150mm以下的区域向纺出丝束吹冷却风使其急剧冷却以提高结晶度的方法。但是，这种方法与上述方法相比，由于降低了喷丝头的表面温度，因而带来了断裂伸长率易于降低并变动的问题。
比重为1.35g/cm3以上时可增大聚酯纤维的抗张强度，因此，作为拉伸假捻加工用原丝，即使拉伸假捻加工速度在1200m/min以上、加工张力在55cN以上的比较大的情况下，也不会发生断丝，可稳定地加工，同时得到的膨松丝的残余伸长在20％以上，特别是达到了20～25％的水平。
在牵引辊以后的工序中进行的加热处理只要是在从牵引辊到卷取装置之间的任何位置都可以。另外，加热装置(加热器)可以是与加热器直接接触的直接加热；或者是用放射热或加热氛围产生的间接加热。例如在牵引辊中内置加热器，在牵引的同时进行加热处理；或者在前后两个牵引辊之间设置加热器，直接进行加热或间接进行加热。
图1例示了用于实施本发明的聚酯纤维的制造方法的装置。
在图1中，1是纺丝块，2是冷却装置，3是牵引辊，4是卷取装置。
在纺丝块1上设置有计量泵5和纺丝组件6，在纺丝组件6上安装有喷丝头7，在该喷丝头7上设置有多个喷孔7a。计量泵5将图中未示熔融挤压机熔融的聚酯以一定量供给纺丝组件6，从喷丝头7的多个喷孔7a纺出多根长丝f。
冷却装置2沿着从喷丝头7纺出的长丝f的单侧配置有冷却部本体8，从鼓风机9将冷却风以定量供给该冷却部本体8。在冷却部本体8的前面设置安装有整流板的吹出口10。从该吹出口10吹出均等分布的冷却风，对纺出的长丝f进行冷却。
冷却装置2用冷却风将多根纺出长丝f冷却到聚酯的玻化温度以下。冷却的多根纺出长丝f，通过施油剂导轨11施加油剂的同时，集束为1根丝束Y之后，由牵引辊3牵引。
牵引辊3由前后一对辊3a、3b构成，以3000m/min以上的牵引速度牵引纺出的丝束Y。借助于该高速牵引，可控制聚酯纺出丝束Y的双折射Δn为0.07以下、断裂伸长率为80％以上。为了将从喷丝头7供给的纺出丝束Y的牵引速度稳定为一定速度，牵引辊3对于第一牵引辊3a，用下侧表面以90°以上的卷挂角度卷挂之后，用第二牵引辊3b的上侧表面以相同的90°以上的卷挂角度卷挂。
在前后一对牵引辊3a、3b之间设置有加热装置12。该加热装置12对冷却到上述玻化温度以下后的在两牵引辊3a、3b之间行走的纺出丝束Y再次加热到高于玻化温度的温度。借助于这种加热处理，纺出丝束Y(聚酯纤维)内的分子结晶化，由此变成抗张强度高的纤维。
上述加热处理后的纺出丝束Y一边在行走中向周围的空气中放热，一边由卷取装置4卷绕成卷装P。卷取装置4用心轴13支持卷装P，一边用接触辊14挤压卷装P的表面，一边旋转驱动该卷装P，卷绕纺出丝束Y。15是一边使纺出丝束Y沿卷装P的轴向往复移动、一边进行横动程的往复动程机构。
图2及图3例示了一对牵引辊3a、3b之间设置的加热装置12。加热装置12的构成是，在断面弯曲成U字状的反射板20的长度方向两端设置有电极22a、22b，在该电极22a、22b之间装有卤灯21。卤灯21产生的放射热对经过反射板20的开口侧行走的丝束Y直接加热，同时，经过反射板20反射的放射热对该丝束Y间接地加热，由此，将丝束Y加热到高于玻化温度的温度。
图示的加热装置12是非接触型加热装置，但是，不言而喻，也可以使用铠装式电热炉等的接触型加热装置。
图4例示了用于实施本发明聚酯纤维的制造方法的另一形式的装置。
图4的聚酯纤维的制造装置，除了与图1例示的装置在冷却装置的构成和其下部设置应力缓和部的构成不同之外，其余部分由同样的结构构成。
图4中，与图1不同构成的冷却装置42，将冷却部本体48做成筒状。在该冷却部本体48的内侧设置有由圆筒状整流板构成的吹出口50，从喷丝头7纺出的长丝f通过该圆筒状吹出口50的中心部。从鼓风机49以定量向冷却部本体48供给冷却风，使该冷却风从圆筒状吹出口50均等地吹出到纺出的长丝f的整个周围。
在冷却装置42的下部设置有与纺出丝束Y对应的应力缓和部51。在应力缓和部51上设置有从冷却装置42的吹出口50朝下方延长的气流用内筒52，在其外侧通过环状空间以同心状安装有气流用外筒53。进一步，围绕气流用外筒53安装有应力缓和部本体54，从鼓风机56将冷却风以定量供给该应力缓和部本体54。
采用图4的装置，从喷丝头7纺出的长丝f由冷却装置42的圆筒状吹出口50吹出的冷却风冷却其全部周围，使其温度变为玻化温度以下。接着，当纺出的长丝f通过应力缓和部51时，气流用内筒52和气流用外筒53之间的环状空间成为喷射机构，使冷却风变成与纺出长丝f同方向的喷射流，并与之平行接触，由此使纺出长丝f在玻化温度以下的状态下接受降低张力的应力缓和。
因此，即使牵引辊3的牵引速度上升到5000m/min，也能维持丝束Y的双折射Δn在0.07以下、断裂伸长率在80％以上。其他牵引辊3或加热装置12的作用效果与图1的情况相同。
本发明的聚酯纤维作为拉伸假捻加工用原丝使用时，其优点在于，可提高拉伸假捻加工的生产性，同时可得到质量优良的膨松丝。所采用的拉伸假捻加工方法并没有特别的限定，可以采用以往公知的拉伸假捻加工方法的任何一种。
图5例示出以本发明的聚酯纤维作为拉伸假捻加工用原丝加以使用的拉伸假捻加工装置。
该拉伸假捻加工装置在供给辊61和拉伸辊65之间顺次设置有加热装置62、冷却装置63、假捻器64，并在拉伸辊65的下游侧配置有卷取装置66。在该例中，假捻器64使用盘型摩擦假捻器。
从卷装P通过供给辊61引出聚酯纤维Y之后，在用拉伸辊65拉伸期间，用假捻器64进行加捻，该加捻通过加热装置62及冷却装置63调整之后，在假捻器64下游侧解捻，由此，使上述聚酯纤维Y变成膨松丝Y′。该膨松丝Y′由卷取装置66卷取。
实施例1～4
使用图1的聚酯纤维制造装置，设定喷丝头的喷孔数为36个、每一喷孔的聚合物喷出量为1.2g/min、加热装置的设定温度为180℃，各牵引辊及卷取装置的牵引速度分别以3000m/min、3500m/min、4000m/min、4500m/min的不同速度，制造聚酯纤维。
测定在各条件下得到聚酯纤维丝束的纤度(dtx)、断裂伸长率(％)、双折射Δn、比重(g/cm3)，得到表1-a的结果。
                             表1-a
  实施例   牵引速度m/min   纤度dtx   断裂伸长率％   双折射Δn   比重g/cm3
  1234   3000350040004500   14312510997   1321119784   0.0480.0570.0660.070   1.3501.3601.3691.377
如上文所述，所得到的本发明以具有规定的物性值的四种聚酯纤维作为拉伸假捻加工用原丝，借助于图5所示的拉伸假捻加工装置，在加工速度为1400m/min的条件下，分别设定稳定加工张力的拉伸倍率，进行拉伸假捻加工。其结果用表1-b示出。在表1-b中，还同时记载了可稳定实施各拉伸假捻加工的加工张力(稳定加工张力)。
从表1-b的结果可以看出，以具有本发明物性值的聚酯纤维作为拉伸假捻加工用原丝使用时，即使加工速度为1400m/min的高速度，也不会发生断丝，可稳定地得到残余伸长在20％以上的膨松丝。
            表1-b
  实施例   加工张力cN   残余伸长％
  1234   60586059   20.122.525.226.4
实施例5～7
使用图4的聚酯纤维制造装置，设定喷丝头的喷孔数为36个、每一喷孔的聚合物喷出量为1.2g/min、应力缓和部的平行气流的速度为1200m/min，加热装置的设定温度为180℃，各牵引辊及卷取装置的牵引速度分别以4000m/min、4500m/min、5000m/min的不同速度，制造聚酯纤维。
测定在各条件下得到聚酯纤维丝束的纤度(dtx)、断裂伸长率(％)、双折射Δn、比重(g/cm3)，得到表2-a的结果。
                            表2-a
  实施例   牵引速度m/min   纤度dtx   断裂伸长率％   双折射Δn   比重g/cm3
  567   400045005000   143125109   1209887   0.0460.0610.069   1.3551.3601.368
如上文所述，所得到的本发明以具有规定的物性值的三种聚酯纤维作为拉伸假捻加工用原丝，在与实施例1情况相同的拉伸假捻加工条件下，进行拉伸假捻加工。其结果用表2-b示出。在表2-b中，还同时记载了可稳定实施各拉伸假捻加工的加工张力(稳定加工张力)。
在上述拉伸假捻加工中，通过降低各拉伸倍率，以低于表2-b所示的加工张力的张力加工时，张力变动会增加，产生断丝，而且，假捻加工丝产生污点、不均匀。相反，提高拉伸倍率，以高于表2-b所示的加工张力的张力加工时，单丝断丝的毛绒增加。
            表2-b
  实施例   加工张力cN   残余伸长％
  567   606260   24.923.825.2
从表2-b的结果可以看出，以具有本发明物性值的聚酯纤维作为拉伸假捻加工用原丝使用时，即使加工速度为1400m/min的高速度，也不会发生断丝，可稳定地得到残余伸长在20％以上的膨松丝。
实施例8～10
除了将实施例5～7中的应力缓和部的平行气流速度为变更2400m/min之外，以与实施例5～7相同的条件制造聚酯纤维。测定在各条件下得到聚酯纤维丝束的纤度(dtx)、断裂伸长率(％)、双折射Δn、比重(g/cm3)，得到表3-a的结果。
                               表3-a
  实施例   牵引速度m/min   纤度dtx   断裂伸长率％   双折射Δn   比重g/cm3
8910 400045005000 143125109 13011595 0.0430.0530.064 1.3631.3621.365
如上文所述，所得到的本发明以具有规定的物性值的三种聚酯纤维作为拉伸假捻加工用原丝，在与实施例1情况相同的拉伸假捻加工条件下，进行拉伸假捻加工。其结果用表3-b示出。在表3-b中，还同时记载了可稳定实施各拉伸假捻加工的加工张力(稳定加工张力)。
从表3-b的结果可以看出，以具有本发明物性值的聚酯纤维作为拉伸假捻加工用原丝使用时，即使加工速度为1400m/min的高速度，也不会发生断丝，可稳定地得到残余伸长在20％以上的膨松丝。
           表3-b
  实施例   加工张力cN   残余伸长％
  8910   626362   26.326.226.5
比较例1～3
使用在图1的聚酯纤维制造装置中不设置加热装置的装置，设定喷丝头的喷孔数为36个、每一喷孔的聚合物喷出量为1.2g/min、各牵引辊及卷取装置的牵引速度分别以3000m/min、3500m/min、4000m/min的不同速度，制造聚酯纤维。
测定在各条件下得到聚酯纤维市场的纤度(dtx)、断裂伸长率(％)、双折射Δn、比重(g/cm3)，得到表4-a的结果。
                             表4-a
  比较例   牵引速度m/min   纤度dtx   断裂伸长率％   双折射Δn   比重g/cm3
  123   300035004000   143125109   13510893   0.0440.0560.068   1.3321.3351.338
如上文所述，所得到的本发明以具有规定的物性值的三种聚酯纤维作为拉伸假捻加工用原丝，在与实施例1情况相同的拉伸假捻加工条件下，进行拉伸假捻加工。其结果用表4-b示出。在表4-b中，还同时记载了在各拉伸假捻加工时的加工张力。
从表4-b的结果可以看出，以不具备本发明物性值的聚酯纤维作为拉伸假捻加工用原丝使用时，在加工速度为1400m/min时，会频繁发生断丝，而且，不能得到残余伸长在20％以上的膨松丝。
             表4-b
  比较例   加工张力cN   残余伸长％
  123   605961   12.313.613.5
综上所述，根据本发明的聚酯纤维，由于比重在1.35g/cm3以上，因此，可进行纤维内分子的结晶化，即使拉伸假捻加工速度高速化、增大加工张力，也能得到不产生断丝的抗张强度。此外，除了比重高外，由于双折射Δn为0.07以下、断裂伸长率为80％以上，因而，可使拉伸假捻加工后的膨松丝的残余伸长在20％以上。因此，即使把这种膨松丝供给织布工序、编织工序等高次工序，也不会产生断丝，可稳定地作业。再者，在高次工序中，由于不会断丝，所以，能得到高质量的编织物。
工业上的应用性
本发明可用于纤维工业的聚酯纤维的生产，特别是适用于拉伸假捻加工用原丝的展开。

Claims (4)

1、一种聚酯纤维的制造方法，一边用牵引辊将从喷丝头熔融纺出的聚酯丝束以3000m/min以上的速度牵引，一边用冷却风冷却到玻化温度以下，接着，在从所述牵引辊至用卷取装置卷绕成卷装期间，加热到温度高于玻化温度的温度，使其物性值成为双折射Δn为0.07以下、断裂伸长率为80％以上、比重为1.35g/cm3以上。
2、根据权利要求1所记载的聚酯纤维的制造方法，其特征是，从所述熔融纺出的聚酯丝束的单侧吹冷却风进行冷却，同时，使所述牵引辊的牵引速度为3000～4500m/min。
3、根据权利要求1所记载的聚酯纤维的制造方法，其特征是，从所述熔融纺出的聚酯丝束的全部周围吹冷却风进行冷却，并使冷却风在下游侧沿着与行走方向平行的方向流动，施加应力缓和，同时，使所述牵引辊的牵引速度为3000～5000m/min。
4、根据权利要求1～3中任一项所记载的聚酯纤维的制造方法，其特征是，是拉伸假捻加工用原丝的制造。
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