專利名稱：由膨松連續(xù)長(zhǎng)絲工藝方法生產(chǎn)的短纖維及由這種纖維制造的纖維束的制作方法
相關(guān)申請(qǐng)的相互參照本申請(qǐng)要求享有1999.06.18立案的臨時(shí)申請(qǐng)60/139,938號(hào)的優(yōu)先權(quán)。
本發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及短纖維，更具體點(diǎn)說(shuō)，涉及用膨松連續(xù)長(zhǎng)絲法(BCF法)制造的表面改性的聚酯短纖維和由這種纖維制造的纖維束，該纖維束能被用作纖維填充材料，特別是聚酯絮填。
本發(fā)明的背景聚酯絮填被廣泛用作枕、被、褥、睡、袋、服裝、家具墊和類似物件的比較不貴的填充材料。絮填大多數(shù)是由聚對(duì)苯乙二酸乙二酯的卷曲短纖維生產(chǎn)出來(lái)的。這種短纖維可有廣闊的范圍，具有各種不同的旦數(shù)(纖度)、卷曲幾何形狀、卷曲水平、切割長(zhǎng)度、表面涂層、橫截面和其他性能、聚酯絮填常被涂覆硅酮涂層如聚氨基硅氧烷潤(rùn)滑劑，有時(shí)涂有其他非硅酮涂層如嵌段聚對(duì)苯二甲酸乙二酯/聚氧化亞烴。這種涂層可改善成品的柔軟度和手感，還有助于減少成品中的絮填在使用時(shí)成墊(即凝集在一起)的傾向。絕大多數(shù)的短纖維絮填經(jīng)過(guò)梳理、交叉搭接、制成氈層，然后被用作填充材料?；蛘咴谧罱K制品內(nèi)短纖維被開(kāi)松并吹入作為填充材料。
填充材料的另一種型式為纖維束，這是短纖維在被用作填充材料之前被制成束狀。與短纖維制成的氈層不同，纖維束能在枕套內(nèi)移動(dòng)，其情況猶如羽絨或羽絨/羽毛混合物。纖維束通常由成包螺旋卷曲短纖維制出，一般用兩步法(聚合/紡絲，然后拉伸)制造。短纖維首先被開(kāi)松，然后交付滾轉(zhuǎn)或翻滾，在羅拉梳理機(jī)、蓋板梳理機(jī)上作用或在圓筒壁上滾轉(zhuǎn)。已知的翻滾法曾在美國(guó)專利4,618,531和4,783,364號(hào)中公開(kāi)。最近十年來(lái)纖維束在許多填充用途上被人們接受，銷量增加，制造方法有所改進(jìn)，價(jià)格緩慢下滑。但纖維束的制造與梳理的氈層相比，仍然是一個(gè)產(chǎn)出較低而費(fèi)用貴的工藝方法，這一點(diǎn)阻礙市場(chǎng)的進(jìn)一步發(fā)展。
卷曲在纖維束結(jié)構(gòu)和其容易成形方面起到重要作用。另外，卷曲確定填充能力、絮填產(chǎn)品的柔軟度和被壓縮后的恢復(fù)能力。商業(yè)上供售的填充纖維可以有機(jī)械的卷曲或螺旋形卷曲。機(jī)械的卷曲是由著稱的卷曲箱技術(shù)產(chǎn)生的，而螺旋形卷曲是由不對(duì)稱驟冷或兩個(gè)組分的共軛(復(fù)合)紡絲產(chǎn)生的。兩個(gè)組分共軛的纖維是由兩個(gè)只是分子鏈長(zhǎng)度不同的聚合物或兩個(gè)不同的聚合物或共聚物紡制而成。這種纖維的卷曲是由于暴露受熱時(shí)兩個(gè)聚合物之間或其雙組分結(jié)構(gòu)的不同收縮率造成的。Halm等在美國(guó)專利5,112,684號(hào)曾指出填充用的纖維束已可從具有特定形狀的機(jī)械卷曲纖維中制備出來(lái)。具有螺旋形卷曲的螺旋纖維束曾由Marcus在美國(guó)專利4,618,531和4,783,364號(hào)中予以公開(kāi)。
實(shí)踐表明由不對(duì)稱驟冷或由雙組分共軛紡制制造的螺旋卷曲纖維是供給纖維束的最佳材料，因?yàn)樗菀纵亯?，造成的纖維束填充材料具有高度合乎需要的柔軟度、回流能力和在被壓縮后的恢復(fù)能力，在很小的力量下立即可蜷曲。這種纖維束與用機(jī)械卷曲制造的纖維束相比，具有均勻的三維纏結(jié)、最優(yōu)的松密度、及在柔軟度和壓縮后恢復(fù)能力之間的最佳的平衡。另外，由立即會(huì)蜷曲的纖維制成的纖維束只有較少的纖維會(huì)伸出到纖維束之外，因此可減少纖維束之間的粘合。這一點(diǎn)對(duì)枕頭和家具背墊之類用品特別需要，因?yàn)榭商岣呋亓髂芰?。另外，即時(shí)蜷曲不僅可改善纖維束結(jié)構(gòu)，由于減少所需輥壓時(shí)間，還可增加纖維束的產(chǎn)量。
纖維紡制的速率通常要比用來(lái)制造短纖維和短纖維束的拉伸/切割和梳理/翻滾工藝方法的速率快得多。在現(xiàn)行條件下，將纖維紡制線與短纖維拉伸/切割工藝方法和纖維束的制造工藝方法配合是非常困難并且是不經(jīng)濟(jì)的。按照已知方法用來(lái)產(chǎn)生纖維束的工藝方法產(chǎn)出較低，因此用纖維紡制和拉伸來(lái)與纖維束的生產(chǎn)偶合是不切實(shí)際的。另外，制造短纖維束的兩步法即聚合/紡絲然后拉伸/切割，是一個(gè)復(fù)雜而費(fèi)用高的工藝方法，因?yàn)檫@兩個(gè)沒(méi)有偶合在一起的工藝方法在工藝方法的步驟之間還需要有額外的材料搬運(yùn)。此外，這樣做制造費(fèi)用和投資都是高的，因?yàn)樾枰鎏砉と巳ゲ僮鞣衷O(shè)的傳統(tǒng)拉伸機(jī)，其操作費(fèi)用是費(fèi)錢(qián)的。再者，拉伸機(jī)本身也是費(fèi)錢(qián)的。
因此有需要研發(fā)一種簡(jiǎn)化的工藝方法以資用來(lái)生產(chǎn)能被用來(lái)制造纖維束的纖維。具體地說(shuō)，最好能減少材料搬運(yùn)，將整個(gè)制造纖維/纖維束的設(shè)備偶合在一起，包括紡絲/拉伸/切割的步驟以及制成纖維束的步驟。這樣一種工藝方法理論上應(yīng)能生產(chǎn)出很少粘合的纖維束，并且從制造觀點(diǎn)看，應(yīng)該比現(xiàn)有技術(shù)的工藝方法簡(jiǎn)單得多并更為經(jīng)濟(jì)。
紗線的連續(xù)噴射膨松被廣泛用來(lái)生產(chǎn)通常由聚酰胺或聚丙烯構(gòu)成的地毯紗。完成紗線的這種連續(xù)噴射膨松的機(jī)械在商業(yè)上可從德國(guó)Neumunster的Neumag及其他機(jī)械制造商取得供應(yīng)。Neumag的標(biāo)準(zhǔn)高速連續(xù)的短纖維生產(chǎn)線實(shí)際上能生產(chǎn)以任何一種聚合物包括聚酯在內(nèi)為基的產(chǎn)品，如同在1995年12月號(hào)的紡織月刊ITMA報(bào)道MMF設(shè)備15-20頁(yè)的“Easy routes to fibre production”(生產(chǎn)纖維的捷徑)一文中所揭露的那樣。但以前并沒(méi)有人知道可用這種生產(chǎn)線來(lái)生產(chǎn)表面改性的短纖維，也沒(méi)有人知道可用連續(xù)噴射膨松法來(lái)生產(chǎn)用于纖維束的聚酯短纖維。
本發(fā)明的綜述本申請(qǐng)人等發(fā)現(xiàn)用膨松連續(xù)長(zhǎng)絲法(BCF法)生產(chǎn)的聚酯短纖維能夠用來(lái)制成纖維束，其速率要比傳統(tǒng)用來(lái)制造不對(duì)稱驟冷或共軛雙組分纖維的工藝方法快得多。這種纖維束的結(jié)構(gòu)與從螺旋形纖維生產(chǎn)出來(lái)的纖維束的結(jié)構(gòu)十分相似，而這種纖維束的填充能力能夠等于或優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的這種纖維束，取決于纖維束的結(jié)構(gòu)和膨松條件。
另外，本發(fā)明的BCF法能夠生產(chǎn)出具有良好耐用性的纖維，該纖維在終端產(chǎn)品如枕頭和坐墊內(nèi)的膨脹水平高于用現(xiàn)有技術(shù)的纖維束制成的產(chǎn)品。令人驚奇的是，這些性能能在非常溫和的滾轉(zhuǎn)條件下取得。
再者，本發(fā)明的BCF法使我們能夠獨(dú)立調(diào)節(jié)終端產(chǎn)品的支承體積或初始高度，這在現(xiàn)有技術(shù)是不可能做到的。這使我們對(duì)由本發(fā)明的纖維束制成的終端產(chǎn)品能夠產(chǎn)生最佳的壓縮曲線。
另外，本發(fā)明的BCF法制成纖維的速率比制成不對(duì)稱驟冷或雙組分共軛纖維的工藝方法快得多。具體地說(shuō)，本發(fā)明的工藝方法速率比現(xiàn)有技術(shù)的工藝方法速率快得多。采用相同的工藝方法條件，按照本發(fā)明制造的纖維束與從不對(duì)稱驟冷或雙組分共軛纖維制造的纖維束相比，按照本發(fā)明制造的供給纖維可以在縮短二分之一到五分之四的翻滾的時(shí)間內(nèi)制出同等的纖維束。而且，本發(fā)明的工藝方法允許拉伸/卷曲和切割的速率比標(biāo)準(zhǔn)的紡絲/拉伸/卷曲/切割工藝快5到20倍，因此與傳統(tǒng)的工藝路線比，人工和投資都可減少。
此外，由于小型BCF紡絲/拉伸/膨松單元的可以供售，使從聚合物生產(chǎn)出短纖維及/或纖維束到成品能進(jìn)一步整合成聯(lián)合生產(chǎn)線。由于供給纖維能以十分快的壓制成纖維束，使紡絲/拉伸和纖維束生產(chǎn)的能力能夠匹配，從而可簡(jiǎn)化工藝方法，減少所需投資和制造費(fèi)用。另外，本發(fā)明的BCF法還可與在線的切割聯(lián)合。
按照本發(fā)明提供的方法可用來(lái)生產(chǎn)這種纖維。按照這個(gè)方法，合成的聚合物先從熔體紡制成絲，經(jīng)過(guò)冷卻成為固化的連續(xù)長(zhǎng)絲。固化的長(zhǎng)絲在被加熱輥帶動(dòng)前進(jìn)時(shí)被拉伸。用加熱的干燥流體在聚合物的第二轉(zhuǎn)變溫度之上的一個(gè)溫度使所說(shuō)長(zhǎng)絲噴射膨松，再冷卻到該第二轉(zhuǎn)變溫度之下，在線將長(zhǎng)絲切割成段，便可生產(chǎn)出短纖維。將表面改性劑敷設(shè)在纖維上，然后纖維被硬化。或者，表面改性劑可在切割前敷設(shè)在長(zhǎng)絲上，然后將切割的纖維硬化。而且按照本發(fā)明提供有按照本發(fā)明制造的表面改性的短纖維。
按照本發(fā)明的另一方面提供的是表面改性的短纖維。該纖維具有三維曲線雜亂的原始卷曲。最好，該短纖維具有2到20dtex的細(xì)度和10-100mm的切短長(zhǎng)度。該纖維還具有發(fā)生次數(shù)為每10cm長(zhǎng)度多于6個(gè)卷曲的繼發(fā)卷曲。按照本發(fā)明還有一個(gè)方面提供的是從這種纖維生產(chǎn)出來(lái)的三維的雜亂纏結(jié)的纖維束。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1的照片為具有螺旋形卷曲短纖維的現(xiàn)有技術(shù)的纖維束。
圖2的照片為圖1中纖維束的多條螺旋形卷曲短纖維。
圖3的照片為具有機(jī)械卷曲的現(xiàn)有技術(shù)的纖維束。
圖4的照片為圖3中纖維束的多條機(jī)械卷曲短纖維。
圖5的照片為按照本發(fā)明的具有三維曲線雜亂原始卷曲的短纖維的纖維束。
圖6的照片為圖5中纖維束的多條短纖維。
圖7為示出本發(fā)明總工藝方法的略圖。
本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明圖1的照片示出現(xiàn)有技術(shù)的纖維束，其中的纖維具有螺旋形卷曲如圖2所示。圖2的纖維為不對(duì)稱驟冷的聚酯短纖維，商業(yè)上可從DuPont的Sabanci聚酯公司取得供應(yīng)，型號(hào)為234/688。如從圖2可見(jiàn)，該纖維具有圓滑波狀原始卷曲。
現(xiàn)有技術(shù)的另一種纖維束如圖3所示，其中的纖維如圖4所示，系用機(jī)械方法卷曲，商業(yè)上也可從DuPont的Sabanci聚酯公司購(gòu)得，作為絮填，型號(hào)為514，商標(biāo)為QUALLOFIL。這種纖維的原始卷曲如圖4所示也是圓滑成波狀。
本發(fā)明的表面改性的短纖維具有三維曲線雜亂的原始卷曲，制成的纖維束如圖5所示。圖6所示的纖維為BCF空心的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯纖維，切短長(zhǎng)度為25mm，其原始卷曲在幅度、發(fā)生次數(shù)以及各長(zhǎng)絲在空間內(nèi)的取向上有非常頻繁的變化，而繼發(fā)卷曲在幅度和發(fā)生次數(shù)上比較有規(guī)則。或者，本發(fā)明的纖維可被描述為具有高和低兩種發(fā)生次數(shù)的原始卷曲。
本發(fā)明的表面改性的短纖維最好具有2到20dtex的細(xì)度和10-100mm的切短長(zhǎng)度。纖維最好為聚酯，但并不限于這種材料。另外纖維最好具有繼發(fā)卷曲，其發(fā)生次數(shù)在每10cm長(zhǎng)度上大于6個(gè)卷曲。
按照本發(fā)明，纖維可與其他纖維包括粘合劑纖維，制成纖維混合物。在這混合物中，纖維應(yīng)具有至少70％的混合物重量。
本文使用的“表面改性”一詞意為在纖維的表面上涂敷著一種材料，而該涂層會(huì)粘附在纖維上相當(dāng)一段時(shí)間。本發(fā)明的短纖維能用硅酮聚合物如具有硅為纖維重量0.02到1.0％的聚二甲基硅氧烷來(lái)表面改性。本發(fā)明的短纖維也可用其他表面改性劑來(lái)表面改性，這些改性劑對(duì)某些用途可能是有利的，如同聚氧化亞烴的嵌段共聚物和其他聚合物如聚酯或聚乙烯或聚亞烷基聚合物，表面改性劑的重量百分比為纖維重量的約.1到約1.2％本段所述表面改性劑能很好地粘合到粘合劑纖維上并促進(jìn)水分的遷移，這種能性對(duì)某些用途如非織造物品及由本發(fā)明的纖維和粘合劑纖維的混合物生產(chǎn)的纖維束可能是重要的。
非織造物品能從本發(fā)明的纖維生產(chǎn)出來(lái)，具體地說(shuō)，能從本發(fā)明的用聚氧化亞烴和聚酯的嵌段共聚物表面改性過(guò)的纖維生產(chǎn)出來(lái)。
另外按照本發(fā)明能提供的纖維束具有散亂分布和纏結(jié)的纖維，如上所述是經(jīng)過(guò)表面改性的短纖維。用硅酮聚合物或其他聚合物涂層如上所述那樣使纖維表面改性可減少纖維對(duì)纖維的摩擦，通常有助于在較溫和的條件下輥壓纖維，能造成較高的膨松、較柔軟的終端產(chǎn)品和纖維在纖維束內(nèi)的均勻分布。
最好，纖維束具有一個(gè)從約2到約15mm的平均直徑。本發(fā)明的纖維束最好是圓的，具有均勻的密度和三維的結(jié)構(gòu)。以重量計(jì)至少50％的纖維束具有一橫截面，其中每一纖維束的最大尺寸不大于最小尺寸的兩倍。生產(chǎn)具有不同旦數(shù)的纖維，在紡絲工藝方法或拉伸工藝方法中把它們混合起來(lái)，這種纖維也能用來(lái)制出纖維束。
本發(fā)明的纖維束能夠回流。采用本發(fā)明，從纖維束內(nèi)伸出的長(zhǎng)絲數(shù)較少。這樣可保證較少的粘合和良好的回流能力。
按照本發(fā)明的纖維束可具有除本發(fā)明的纖維以外的另一種纖維。這另一種纖維以重量計(jì)可占纖維束內(nèi)總纖維重量達(dá)30％。
本發(fā)明的纖維或纖維束可被用來(lái)填充如枕、被、家具墊、睡袋、服裝等那樣的物品。這種纖維束是用于模塑結(jié)構(gòu)的良好材料如同在美國(guó)專利5,169,580、5,294,392和4,940,502號(hào)中所公開(kāi)的那樣。
另外按照本發(fā)明提供一種生產(chǎn)短纖維的工藝方法，該工藝方法將結(jié)合圖7說(shuō)明，包括下列步驟合成的聚合物先從熔體紡制成絲，經(jīng)過(guò)冷卻成為固化的連續(xù)長(zhǎng)絲，在供應(yīng)點(diǎn)1供應(yīng)給本生產(chǎn)工藝方法(供應(yīng)點(diǎn)1的長(zhǎng)絲可來(lái)自一個(gè)或多個(gè)紡絲部分)。固化的長(zhǎng)絲在被加熱輥帶動(dòng)前進(jìn)時(shí)被拉伸。從圖上可見(jiàn)長(zhǎng)絲被導(dǎo)引件2輸送到拉伸單元模塊3上，該模塊包括一對(duì)或多對(duì)加熱拉伸輥。應(yīng)該注意到固化長(zhǎng)絲可在一個(gè)或多個(gè)拉伸步驟內(nèi)被拉伸。本發(fā)明的拉伸速率可達(dá)4000m/分而標(biāo)準(zhǔn)的拉伸速率只是150到400m/分。
接下來(lái)的步驟是用加熱的干燥流體在聚合物的第二轉(zhuǎn)變溫度之上的一個(gè)溫度使長(zhǎng)絲噴射膨松。這個(gè)步驟是在圖中標(biāo)號(hào)4處的柱塞式注壓機(jī)的噴射器內(nèi)完成的。適宜運(yùn)行這個(gè)工藝方法的商業(yè)上可供機(jī)械的一個(gè)例子為德國(guó)Neumunster的Neumag所生產(chǎn)的3D機(jī)械，該機(jī)械相當(dāng)于圖7中的零件3、4和7。Neumag的實(shí)驗(yàn)機(jī)械的說(shuō)明和照片曾在1998年4月份的IFJ的102-103頁(yè)上刊出。
注壓機(jī)噴射器一般有兩個(gè)部分，上部被注入蒸汽，而下部為一注壓室。支撐松密度是在噴射器的上部形成的，主要依靠原始卷曲，而繼發(fā)卷曲是在注壓室內(nèi)形成的。本發(fā)明的纖維的雜亂原始卷曲在加固纖維束結(jié)構(gòu)上起到重要作用，因?yàn)樗鼘⒗w維鎖住，減少纖維相互間的滑動(dòng)能力。結(jié)果，本發(fā)明的纖維就可具有提高的彈性和耐用性。
而且，本發(fā)明使用的注壓機(jī)噴射器是十分靈活的，允許將支撐松密度調(diào)節(jié)到規(guī)定的終端用途要求。而采用不對(duì)稱驟冷和共軛的雙組分纖維就很難調(diào)節(jié)并控制松密度。
另外，由注壓機(jī)噴射器形成規(guī)定松密度的特性可產(chǎn)生本發(fā)明的纖維束所顯示的即時(shí)蜷曲效應(yīng)，對(duì)本發(fā)明的纖維束的容易形成起到重要的作用。
為了從聚對(duì)苯二甲酸乙二酯制造纖維，將蒸汽注入到注壓機(jī)噴射器內(nèi)顯然比注入熱空氣好。使用200-235℃的蒸汽膨松并在膨松之前經(jīng)過(guò)韌化熱處理可產(chǎn)生具有良好彈性的永久設(shè)定的卷曲。另外在發(fā)明中使用蒸汽與按照現(xiàn)有技術(shù)制出的纖維束相比，本發(fā)明得到的纖維束具有高出10-15％的填充能力和同等的膨松損失。
脹松的長(zhǎng)絲通過(guò)敷設(shè)口被旋轉(zhuǎn)導(dǎo)輥4a敷設(shè)到穿孔帶5上，由該帶運(yùn)送膨松長(zhǎng)絲使它通過(guò)圖7中在帶5附近的一個(gè)冷卻區(qū)帶?；蛘呷绮环笤O(shè)在帶上，膨脹長(zhǎng)絲可被拋出到一個(gè)篩網(wǎng)上。膨松長(zhǎng)絲于是被冷卻到聚合物的第二轉(zhuǎn)變溫度之下，這個(gè)步驟是在冷卻區(qū)段內(nèi)完成的。在一較優(yōu)實(shí)施例中，使用蒸汽時(shí)，長(zhǎng)絲被冷卻到50℃以下。從冷卻區(qū)段出來(lái)長(zhǎng)絲在被切割成段之前移動(dòng)通過(guò)導(dǎo)輥6借以控制其能力。應(yīng)該注意到旋轉(zhuǎn)導(dǎo)輥4a、帶5和冷卻區(qū)可具有與圖7所示不同的設(shè)計(jì)。例如該帶可用旋轉(zhuǎn)的穿孔滾筒來(lái)替代，并不影響本發(fā)明的本質(zhì)。
按下來(lái)的步驟是將長(zhǎng)絲切割成段以便制出短纖維。本發(fā)明的BCF法可與在線的切割結(jié)合。這個(gè)結(jié)合的BCF法和在線的切割工藝方法可使拉伸/卷曲/切割的速率比標(biāo)準(zhǔn)的紡絲/拉伸/卷曲/切割工藝快5到20倍。具體地說(shuō)，在線的切割可按1800m/分到4000m/分的速率進(jìn)行。
另外按照本發(fā)明的工藝方法，表面改性劑被敷設(shè)到短纖維上以便制出表面改性的短纖維。如從圖7可見(jiàn)，短纖維被風(fēng)扇8運(yùn)送到筒倉(cāng)9內(nèi)，筒倉(cāng)9調(diào)節(jié)流量并當(dāng)長(zhǎng)絲在紡制成拉伸中斷裂時(shí)作為緩沖器。然后短纖維從筒倉(cāng)9被風(fēng)扇10運(yùn)送到表面改性劑敷設(shè)器11。短纖維被空氣流或帶有齒或針的輥?zhàn)虞斔筒⒁苿?dòng)到多個(gè)噴射器之前以便敷設(shè)表面改性劑。應(yīng)該注意到表面改性劑雖然可在切割長(zhǎng)絲前敷設(shè)到長(zhǎng)絲上。但由于拉伸和膨松工藝方法的高速，長(zhǎng)絲上的表面改性劑的硬化要在速率高達(dá)1800-4000m/分的切割之前進(jìn)行是不切合實(shí)際的，因?yàn)橛不璧臓t子要很長(zhǎng)并且要從帶上取下多層交叉敷設(shè)的長(zhǎng)絲很困難。切割沒(méi)有硬化的表面改性纖維還可使纖維沉積在切刀上和在任何一個(gè)可能與纖維接觸的表面上。
因此本發(fā)明的工藝方法還包括一個(gè)使表面改性纖維硬化的步驟。如從圖7可見(jiàn)，在表面改性劑被敷設(shè)后纖維被鋪設(shè)在一爐帶11a上以便硬化。該爐帶載運(yùn)纖維材料通過(guò)爐子12進(jìn)行干燥和硬化，這是用傳統(tǒng)的技術(shù)來(lái)完成的。短纖維從爐帶上被風(fēng)扇13運(yùn)送使它通過(guò)一個(gè)閥門(mén)14。這時(shí)硬化的纖維或是被送到打包機(jī)15上打包以備日后加工，或是直接用在連結(jié)的工藝方法以使用來(lái)生產(chǎn)纖維束、非織造織物或類似產(chǎn)品。纖維可用纖維束成形(即滾轉(zhuǎn))設(shè)備直接加工，在該設(shè)備內(nèi)纖維被折轉(zhuǎn)成為纖維束。這樣直接使用纖維生產(chǎn)纖維束是比較好的，因?yàn)榭梢院?jiǎn)化纖維束的制造工藝方法并減少生產(chǎn)費(fèi)用。從滾轉(zhuǎn)設(shè)備纖維束被運(yùn)送到包裝單元17。為了實(shí)際的理由如紗線斷裂或設(shè)備清潔，最好在纖維束成形設(shè)備和紡織品操作之間設(shè)有筒倉(cāng)作為緩沖系統(tǒng)，應(yīng)該注意到滾轉(zhuǎn)設(shè)備可用其他紡織品加工設(shè)備如用來(lái)生產(chǎn)非織造織物或棉絮的設(shè)備替代。
適宜作為本發(fā)明的纖維束成形設(shè)備的翻滾機(jī)曾在美國(guó)專利4,618,531和4,783,364號(hào)中公開(kāi)過(guò)。雖然本發(fā)明并不限定任何專用設(shè)備來(lái)將纖維滾轉(zhuǎn)成纖維束，但翻滾工藝方法曾被發(fā)現(xiàn)是有效的，因?yàn)橹灰淖冝D(zhuǎn)速(rpm)或周期，便可用它來(lái)容易地控制纖維束的物理性能。另外，改進(jìn)的蓋板梳理機(jī)和羅拉梳理機(jī)或任何其他允許控制纖維滾轉(zhuǎn)的設(shè)備也可用來(lái)生產(chǎn)本發(fā)明的纖維束。一般地說(shuō)，所有能被用來(lái)從不對(duì)稱驟冷或共軛雙組分纖維來(lái)生產(chǎn)纖維束的工藝方法都可用于本發(fā)明。當(dāng)滾轉(zhuǎn)是用某些型式的翻滾機(jī)來(lái)完成時(shí)，按照本發(fā)明的纖維束的大小能用下列各項(xiàng)來(lái)控制纖維的切段長(zhǎng)度、其彎曲模數(shù)、所施加的滾轉(zhuǎn)力以及在滾轉(zhuǎn)前纖維簇的大小。
本發(fā)明的工藝方法與現(xiàn)有技術(shù)相比能生產(chǎn)出具有可比松密度的纖維束并能以較短的時(shí)間或較溫和的滾轉(zhuǎn)條件形成纖維束。一般地說(shuō)，本發(fā)明的翻滾所費(fèi)時(shí)間可為現(xiàn)有技術(shù)加工時(shí)間的二分之一到五分之一，從而可顯著地增加生產(chǎn)率。和減少制造費(fèi)用，并可使商業(yè)上小巧的紡絲/拉伸/切割機(jī)如Neumag的3D機(jī)與纖維束的生產(chǎn)設(shè)備結(jié)合起來(lái)，這樣便能在一聯(lián)合工藝方法中從聚合物生產(chǎn)出立即可用的纖維束，而可不需包裝、存儲(chǔ)任何中間產(chǎn)品，既簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝方法并減少了材料搬運(yùn)。另外，這個(gè)聯(lián)合而連續(xù)的工藝方法能使拉伸速率達(dá)到4000m/分而傳統(tǒng)上標(biāo)準(zhǔn)的拉伸速率僅為150到400m/分，由此人工和投資都可節(jié)省。
噴射器設(shè)計(jì)、紗線在噴射器入口處的溫度、紗線細(xì)度、長(zhǎng)絲粗細(xì)和橫截面、流體溫度和壓力是影響卷曲特性的主要參數(shù)并確定給定纖維是否容易滾轉(zhuǎn)。由于這些參數(shù)的適當(dāng)調(diào)節(jié)，纖維可完全分離，基本上沒(méi)有不松開(kāi)的部分，因此在滾轉(zhuǎn)前可不需要用松開(kāi)機(jī)來(lái)預(yù)先松開(kāi)纖維，而在形成纖維束時(shí)所有纖維都能自由活動(dòng)形成三維纏結(jié)的纖維束。
本發(fā)明另一優(yōu)選是具有靈活性，在修改初始松密度時(shí)很少影響支撐松密度，反之亦然。這樣人們便可調(diào)節(jié)用短纖維或纖維束填充的最終產(chǎn)品的壓縮曲線并可直接聯(lián)系到拉伸和膨松的工藝方法條件。在聯(lián)合工藝方法中用短的反應(yīng)時(shí)間逐漸調(diào)節(jié)松密度是將質(zhì)量控制在規(guī)定限度內(nèi)的必要條件。在這樣一種聯(lián)合的高生產(chǎn)率的工藝方法中重要的是要有高度的靈活性來(lái)調(diào)節(jié)產(chǎn)品的性能不僅在纖維生產(chǎn)的步驟上而且在纖維轉(zhuǎn)變成纖維束的步驟上。本發(fā)明的BCF法和翻滾工藝方法使我們能夠做到這一點(diǎn)。
檢驗(yàn)方法的說(shuō)明下面是在本發(fā)明的例子中使用的檢驗(yàn)方法。圓筒松密度測(cè)量本方法用來(lái)測(cè)量纖維束或其他纖維束產(chǎn)品的壓縮特性，其方式與測(cè)量羽毛和羽絨的填充能力十分相似。本法系將300g的松散材料如纖維束小心地放置在-500mm高、290mm直徑的圓筒內(nèi)，再用一塊640平方cm的壓板以100m/分的速率加壓在該材料上一直到最大壓力達(dá)到120N。然后使壓板立時(shí)向上移動(dòng)將材料松開(kāi)。第一次壓縮的目的只是使材料均勻，消除虛假的松密度；測(cè)量是在第二次壓縮時(shí)完成的。在給定壓力下的高度量出該材料的特性。在墊塊上的松密度測(cè)量松密度測(cè)量按傳統(tǒng)在美國(guó)Massachusetts州Canton的Instron公司供售的Instron機(jī)上進(jìn)行，用該機(jī)附帶的10cm直徑的壓板加壓，量出壓縮力與試樣墊塊高度之間的關(guān)系。墊塊首先被一次加壓到60N，然后松開(kāi)，再行加壓。在第二次壓縮周期時(shí)高度隨著壓縮力的變化在下面的表2中列出。初始高度(IH2)為在第二壓縮周期開(kāi)始時(shí)的高度，而在60N的高度為墊塊在第二壓縮周期內(nèi)在60N下的墊塊高度。
舉例在下列這些例子中，所有纖維系從聚對(duì)苯二甲酸乙二酯生產(chǎn)的聚酯纖維。所有用來(lái)生產(chǎn)本發(fā)明例子中纖維束的供給纖維是在Neumag公司(德國(guó)Neumunster)的先驅(qū)廠的3D機(jī)上生產(chǎn)的，而用來(lái)生產(chǎn)纖維束的設(shè)備為L(zhǎng)orch的型號(hào)ML10S，是由德國(guó)Esslingen的Lorch公司供售的。
比較對(duì)象ASdtex的聚酯短纖維，切段長(zhǎng)度32mm，具有實(shí)心的圓形截面，用0.6％的硅酮潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑，具有由不對(duì)稱噴射聚冷長(zhǎng)絲而產(chǎn)生的螺旋形卷曲。該長(zhǎng)絲是從原始的聚合物紡出，使用法國(guó)Course Laville的Laroche公司供售的Laroche公司開(kāi)松機(jī)開(kāi)松。纖維于是移動(dòng)通過(guò)由德國(guó)Monchengladbach的Trutzschler兩合公司供售的Trutzschler(清潔能手)拍打機(jī)將短纖維撕裂成適當(dāng)大小的纖維簇。將10kg的纖維簇吹入到空氣翻滾機(jī)(Lorch公司供售，直徑127cm，長(zhǎng)度449.5cm)內(nèi)以320rpm的轉(zhuǎn)速翻滾75秒，接下來(lái)在另一方向翻滾75秒(共150秒)，這樣來(lái)形成纖維束。纖維束從空氣翻滾機(jī)中吸出被收集到織造的聚丙烯袋內(nèi)。然后用圓筒松密度法測(cè)量產(chǎn)品的松密度。
例16.7dtex的聚酯短纖維，切段長(zhǎng)度為32m，具有實(shí)心圓形截面，被0.6％硅酮潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑，具有由后面要說(shuō)明的BCF熱設(shè)定膨松法產(chǎn)生的散亂的三維曲線延伸的長(zhǎng)絲卷曲，移動(dòng)通過(guò)開(kāi)包機(jī)和Laroche的開(kāi)松機(jī)，然后通過(guò)Trutzschler的清潔能手使其室保持開(kāi)啟為的是至少部分裂開(kāi)纖維的結(jié)塊。整個(gè)負(fù)載(能供應(yīng)的全部數(shù)量為8.5kg，而標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載為10kg)被吹入到與比較對(duì)象A相同的空氣翻滾機(jī)內(nèi)以320rpm的轉(zhuǎn)速加工。但在例1中，這個(gè)BCF纖維只須在每一方向加工10秒鐘(共20秒)，與使用螺旋形卷曲的供給纖維的比較對(duì)象A所需的每一方向25秒相比，比較對(duì)象A費(fèi)時(shí)為例1的7.5倍。
例1使用的聚酯短纖維的制造和膨松的工藝方法如下。聚酯小片(回收的IV 0.61級(jí)的聚合物，而比較對(duì)象A使用的是原始的聚合物)被干燥15小時(shí)并紡制成圓形(實(shí)心)的長(zhǎng)絲通過(guò)542根毛細(xì)管，產(chǎn)量為33.2kg/時(shí)(2個(gè)位置，每一位置271根毛細(xì)管)，使用的聚合物溫度為296℃，抽出速率為380m/分，立即被拉伸(紡拉)，使用3組如下的拉伸輥90℃，418m/分(拉伸到1.1倍)；160℃，1806m/分(拉伸到4、3倍)；170℃(減速排出，50m/分)；噴射膨松使用的蒸汽為220℃的溫度，80巴的壓力；然后以1590m/分的速率被潤(rùn)滑，使用一連串的噴射器敷設(shè)與比較對(duì)象相同的聚二甲基硅氧烷型潤(rùn)滑劑，提供相同的潤(rùn)滑劑水平(0.6％)，以1590米/分的速率切成短纖維。將短纖維送入真空包裝的袋內(nèi)在一帶上通過(guò)爐子，在170℃至少10分鐘使短纖維上的潤(rùn)滑劑硬化。
例2在本例內(nèi)使用的供給纖維與例1相同，只是加工成纖維束的工藝方法被修改以便顯示至少部分纖維結(jié)塊被消除的效果。纖維通過(guò)開(kāi)包機(jī)和Laroche的開(kāi)松機(jī)被加工，然后移動(dòng)通過(guò)清潔能手，再在與比較對(duì)象相同的條件下在Lorch的翻滾機(jī)內(nèi)加工。負(fù)載為9.0kg，例1的負(fù)載為8.5kg，而比較對(duì)象A的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載為10。發(fā)生這個(gè)偏差的原因是由于纖維的受限制的供應(yīng)能力。在本例中纖維在滾轉(zhuǎn)之前的加工所產(chǎn)生的產(chǎn)品的尾狀物的數(shù)目非常顯著地減少，具有改進(jìn)的纖維束結(jié)構(gòu)和增加的松密度，可與比較對(duì)象A的松密度匹敵，如從表1可以看到。在例2中產(chǎn)品的填充能力(在低負(fù)載下的松密度)與比較對(duì)象A相等，而支撐松密度(在120N下的高度)約高出10％。
例36.0dtex的空心聚酯纖維，切段長(zhǎng)度為32mm，與前類似地被潤(rùn)滑和卷曲，只是稍有不同如下纖維系從IV0.62級(jí)的聚合物(從原始聚合物的小片熔出)紡出，通過(guò)560根具有“C”形的毛細(xì)管，因此產(chǎn)生略為偏心的空心長(zhǎng)絲，具有大約10％的空隙含量，抽出速率為450m/分，第一組拉伸輥(90℃)的速率為468m/分(拉伸比1.04x，第二階段的拉伸比僅為3.9x)，用于噴射膨松的蒸汽壓力為8.5巴(230℃)。
這些纖維(4kg)被加工，如同例1，通過(guò)Trutzschter的清潔能手，同樣使其室保持開(kāi)啟，再在相同的空氣翻滾機(jī)(Lorch公司的如用比較對(duì)象A)中以320rpm的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)75秒(全部)，不改變方向。纖維束然后被吸入到織造的聚丙烯袋內(nèi)。
上述試驗(yàn)中的每一種纖維束產(chǎn)品的松密度都在圓筒中量出，結(jié)果在下面的表1中列出。
例3的纖維需要較長(zhǎng)的時(shí)間或較高的轉(zhuǎn)速才能達(dá)到與例2的結(jié)構(gòu)可比的纖維束結(jié)構(gòu)。這可能是因?yàn)槔?的纖維具有極高的卷曲水平。這可從表1中看到例3的纖維束具有較高的松密度。
表1
應(yīng)該注意到例3產(chǎn)品的松密度值總是最佳的，遠(yuǎn)比用作比較對(duì)象的商業(yè)產(chǎn)品優(yōu)越。拿例1的產(chǎn)品與商業(yè)產(chǎn)品相比，就第二壓縮周期開(kāi)始的初始高度(初始松密度)而言，前者接近后者；但就最大負(fù)載時(shí)的高度(支撐松密度)而言，前者反而大于后者；另外前者由空氣翻滾制成，只需20秒鐘，而后者要21/2分鐘。
重要的是還要注意到一些與產(chǎn)品有影響的重大因素商業(yè)產(chǎn)品一般需要從供給纖維的制造和膨松地點(diǎn)用真空包裝運(yùn)送到完成空氣翻滾的地點(diǎn)，而本發(fā)明的例1的產(chǎn)品可不需；本發(fā)明的產(chǎn)品只是生產(chǎn)了較少數(shù)量的纖維和纖維束，因此缺少機(jī)會(huì)來(lái)優(yōu)化加工條件，而商業(yè)產(chǎn)品已制造了好幾年，在該期間工藝方法和產(chǎn)品已進(jìn)行優(yōu)化；還有例1的產(chǎn)品是由回收的聚合物制成的，而商業(yè)產(chǎn)品一般是由原始聚合物制成的。
松密度測(cè)量是在兩個(gè)墊塊上，其中一個(gè)就是上面所說(shuō)的比較對(duì)象A，而另一個(gè)墊塊為比較對(duì)象B。兩個(gè)墊塊都具有相同的尺寸(50×50×10cm)。比較對(duì)象B使用的纖維束基本上與比較對(duì)象A相同只是稍有不同，即空氣翻滾機(jī)是在360rpm的轉(zhuǎn)速下操作的，這樣制成的商業(yè)產(chǎn)品具有大約低5-7％的初始高度和提高的支撐松密度(牢固度)，這對(duì)家具墊是合適的。比較對(duì)象B的墊塊用675g的這種商業(yè)產(chǎn)品填充。由于例3的產(chǎn)品具有較高的松密度，因此只需574g便可填充這個(gè)墊塊。如從表2可見(jiàn)，按照本發(fā)明的例3的墊塊雖然填充重量較小，但具有較高的松密度，即顯然較輕而較龐大。
表2
業(yè)內(nèi)人士可從上面列出的本發(fā)明的說(shuō)明中獲得教益，從而可對(duì)本發(fā)明作出各種修改。這種修改應(yīng)被認(rèn)為屬于本發(fā)明的權(quán)利要求所列出的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種表面改性的短纖維，所說(shuō)纖維的特征為具有三維曲線雜亂的原始卷曲。
2.權(quán)利要求1的表面改性短纖維，其中纖維具有2到20dtex的細(xì)度和10-100mm的切段長(zhǎng)度，纖維另有特征為具有每10cm長(zhǎng)度發(fā)生次數(shù)超個(gè)6個(gè)卷曲的繼發(fā)卷曲。
3.權(quán)利要求1的纖維，其中纖維用硅酮聚合物如具有硅為纖維重量0.02到1.0％的聚二甲基硅氧烷來(lái)表面改性。
4.權(quán)利要求1的纖維，其中纖維用聚氧化亞烴的嵌段共聚物和其他聚合物如聚乙烯或聚亞烷基聚合物來(lái)表面改性，其中表面改性劑的重量百分比為纖維重量的約0.1到約1.2％。
5.權(quán)利要求1的纖維的混合物具有至少一種其他纖維包括粘合劑纖維，其時(shí)權(quán)利要求1的纖維具有混合物的重量的至少70％。
6.用權(quán)利要求1的纖維填充的枕、被、家具墊、睡袋、服裝和類似物品。
7.用權(quán)利要求1到4的纖維生產(chǎn)的非織造物品。
8.一種纖維束具有多根散亂分布和纏結(jié)的纖維，其特征為，纖維束具有多根表面改性的短纖維，其中纖維的特征為具有三維曲線雜亂的原始卷曲。
9.權(quán)利要求8的纖維束，其中纖維具有2到20dtex的細(xì)度和10-100mm的切段長(zhǎng)度，纖維另有特征為具有每10cm長(zhǎng)度發(fā)生次數(shù)超過(guò)6個(gè)卷曲的繼發(fā)卷曲，其中纖維束具有約2mm到約15mm的平均直徑。
10.權(quán)利要求8的纖維束，其中纖維用硅酮聚合物如具有硅為纖維重量0.02到1.0％的聚二甲基硅氧烷來(lái)表面改性。
11.權(quán)利要求8的纖維束，其中纖維用聚氧化亞烴的嵌段共聚物和其他聚合物如聚乙烯或聚亞烷基聚合物來(lái)表面改性，其中表面改性劑的重量百分比為纖維重量的約0.1到約1.2％。
12.權(quán)利要求8的纖維，其中以重量計(jì)至少50％的纖維束具有一個(gè)橫截面，其中每一纖維束的最大尺寸不超過(guò)最小尺寸的兩倍。
13.權(quán)利要求9的纖維，除權(quán)利要求9的短纖維外，還具有另一種纖維，這另一種纖維以重量計(jì)可占纖維束內(nèi)總纖維重量達(dá)30％。
14.用權(quán)利要求8的纖維束填充的枕、被、家具墊、睡袋、服裝和類似物品。
15.一種生產(chǎn)以三維曲線雜亂的原始卷曲為特征的短纖維的工藝方法，包括下列步驟(a)合成的聚合物從熔體紡制成絲，并冷卻該聚合物生產(chǎn)出固化的連續(xù)長(zhǎng)絲；(b)固化的長(zhǎng)絲在被加熱輥帶動(dòng)前進(jìn)時(shí)被拉伸；(c)用加熱的干燥流體在合成聚合物的第二轉(zhuǎn)變溫度之上的一個(gè)溫度使長(zhǎng)絲噴射膨松；(d)將長(zhǎng)絲冷卻到合成聚合物的第二轉(zhuǎn)變溫度之下；(e)在線將長(zhǎng)絲切割成段以便產(chǎn)出短纖維；(f)將表面改性劑敷設(shè)到纖維上以便產(chǎn)出表面改性的纖維；(g)硬化表面改性的纖維。
16.權(quán)利要求15的工藝方法，其中步驟(e)在步驟(f)之前完成。
17.權(quán)利要求15的工藝方法，其中步驟(f)在步驟(e)之前完成，使表面改性劑被敷設(shè)到長(zhǎng)絲上，然后表面改性長(zhǎng)絲被切割以便生產(chǎn)出表面改性的短纖維。
18.權(quán)利要求15的工藝方法，其中硬化的纖維被打包以便日后加工或被直接用于聯(lián)合的工藝方法以便生產(chǎn)出纖維束、非織造物或類似產(chǎn)品。
19.權(quán)利要求15的工藝方法，其中纖維在纖維束成形設(shè)備內(nèi)被滾轉(zhuǎn)成為纖維束。
20.由權(quán)利要求15的工藝方法制成的表面改性短纖維。
全文摘要
本發(fā)明涉及表面改性的短纖維,更具體點(diǎn)說(shuō),涉及聚酯纖維填充材料和纖維束,它們由完全聯(lián)合的膨松連續(xù)長(zhǎng)絲(BCF)法制成。
文檔編號(hào)D04H1/54GK1357064SQ00809114
公開(kāi)日2002年7月3日 申請(qǐng)日期2000年6月16日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月18日
發(fā)明者J·S·阿恩, F·布拉克爾曼, I·馬庫(kù)斯 申請(qǐng)人:納幕爾杜邦公司