專利名稱：新型纖維球的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新型纖維球，更具體說涉及含有聚對苯二甲酸1，4-環(huán)己烷二亞甲酯作為聚酯聚合物的聚酯纖維的纖維球，特別是由于含有粘合劑纖維因而是可模塑的一類纖維球，還涉及它們模塑成為新型模塑制品。
Marcus在美國專利4,618,531和4,794,038中公開了新型聚酯纖維球。特別在后一篇專利中，這種纖維球是一種作為承載纖維(有時(shí)稱作基材纖維)的聚酯纖維和粘合纖維的纖維球，該專利公開了它粘結(jié)到模塑制品和其它粘合產(chǎn)品中。這種纖維球證明是很有商業(yè)用途的，在比如美國專利4,940,502、4,818,599、5,112,684、5,154,969、5,169,580和5,218,740中公開了改進(jìn)和不同的實(shí)施方案。
然而，人們希望制造出比至今所得到的各種材料所能得到的更好的抗壓縮永久變形/熱永久變形性的模塑產(chǎn)品。比如，某些座椅設(shè)計(jì)者要求墊子材料當(dāng)按照ASTM 3574-D進(jìn)行測試時(shí)會有改進(jìn)的(即數(shù)值上較低的)永久變形，其中關(guān)鍵的測試條件要求在158°F(70℃)下壓縮50％達(dá)22小時(shí)，在從這樣的壓縮下釋放后放置30分鐘的恢復(fù)時(shí)間，然后測定永久變形。
含有粘合纖維同時(shí)含有承載纖維的纖維球提出了按照本發(fā)明解決這個(gè)問題的方法，所述纖維基本上是由聚對苯二甲酸1，4-環(huán)己烷二亞甲基酯組成的。在本文中這種聚合物有時(shí)被稱作CHDMT，以與表示聚對苯二甲酸乙二醇酯的2G-T相區(qū)別，后者是最普通的聚酯，在工業(yè)上至今一直用來制造聚酯纖維。
在提出本發(fā)明來解決上述的問題之后，我們研究過只含有CHDMT而沒有粘合纖維的類似纖維球的減震性能，而且發(fā)現(xiàn)其性能有驚人的優(yōu)點(diǎn)，如同將要敘述的，主要是其柔軟性。
因此，按照本發(fā)明的第一方面，提供了平均直徑為2～15mm、主要由隨機(jī)排列、纏結(jié)并卷曲的聚酯填充纖維組成的纖維球，這種填充纖維的切斷長度為10～100mm，該纖維球的特征在于，該聚酯是聚對苯二甲酸1，4-環(huán)己烷二亞甲基酯，本發(fā)明還提供了枕頭、座墊和其它填充制品，其中填充的至少部分是這種纖維球。
按照本發(fā)明的重要的第二方面，提供了平均直徑為2～15mm、主要由隨機(jī)排列、纏結(jié)和卷曲的切斷長度為10～100mm的聚酯填充纖維組成并包含粘合纖維的可模塑纖維球，其特征在于所述聚酯填充纖維主要由聚對苯二甲酸1，4-環(huán)己烷二亞甲基酯組成。
如同Marcus所公開的(見前文)或下面將要討論的纖維球中提供的這樣的承載(或基質(zhì))聚酯纖維里還摻入了粘合纖維。
優(yōu)選的粘合纖維是雙組分纖維，比如鞘/芯型或并列型，其一個(gè)組分(比如鞘)由低熔點(diǎn)粘合材料組成，而另一組分(比如芯)最好也是由CHDMT組成，以便進(jìn)一步改善模塑制品的壓縮永久變形性。優(yōu)選的粘合材料應(yīng)該在比ASTM 3574-D的測試溫度-70℃高得較多的溫度下呈可熱活化性，即在此測試條件下，特別是至少100℃條件下，優(yōu)選的粘合材料不應(yīng)被活化，而且如在下面所要討論的，優(yōu)選的粘合材料特別要具有明確的熔點(diǎn)。
按照本發(fā)明的另一方面，也提供了由模塑這種新型纖維球制造的模塑制品，以及制造這種纖維球和/或模塑制品的方法。
本發(fā)明第二方面的一個(gè)主要特點(diǎn)是用由聚對苯二甲酸1，4-環(huán)己烷二亞甲基酯(CHDMT)構(gòu)成的承載纖維(即基質(zhì)纖維)來代替2G-T纖維。在其它一些方面，本發(fā)明的其它關(guān)注方面涉及到承載纖維與粘合纖維共存的纖維球及其模塑為模塑制品的方法，主要可遵循Marcus等人在美國專利4,794,038、4,940,502、4,818,599、5,112,684、5,154,969、5,169,580和5,218,740中所公開的內(nèi)容。
對于幾種不同的相似地制造并進(jìn)行模塑的纖維球制品，按照ASTM3574D的方法測量了壓縮永久變形和熱致永久變形，并將結(jié)果列于表1，由表中可以看出，按照本發(fā)明的CHDMT聚合物纖維球的永久變形％值(實(shí)施例1和2)明顯地優(yōu)于(即低于)2G-T纖維的制品的數(shù)值(對照例A-F)。
表1項(xiàng)目 旦數(shù)基質(zhì)聚合物卷曲粘合劑密度永久變形(1)(2) (3)(lb/ft3) ％1 6 CHDMT(A) M T4080 2.62 232 6 CHDMT(A) M S-74 2.46 17A 6 2GT (E) S S-74 2.00 30B 6 2GT (E) S T4080 2.25 34C 6 2GT (B) M T4080 2.56 32D 6 2GT (C) S T4080 2.44 36E 13 2GT (D) S T4080 2.44 36F 13 2GT (D) S T2080 2.56 29由于目前適當(dāng)?shù)纳唐氛澈侠w維是用2GT聚合物芯制造的，對照例測試也是如后面所述不用粘合纖維，而是使用熱固性樹脂AM3作為粘合材料，在表2中給出壓縮/熱永久變形。
表2項(xiàng)目 旦數(shù) 基質(zhì)聚合物 卷曲 粘合劑 密度 永久變形(1) (2)(3) (lb/ft3) ％P6 CHDMT(A) M AM3 2.8117X6 2GT (B) M AM3 2.5633Y6 2GT (E) S AN3 2.3630Z13 2GT (D) S AM3 2.4935注(1)基質(zhì)聚合物種類CHDMT由1，4-環(huán)己烷二甲醇和對苯二甲酸制得；(A)T-211，Eastman纖維公司，用于實(shí)施例1和2，以及項(xiàng)目P；2G-T由乙二醇和對苯二甲酸制得；(B)T-808，DuPont纖維公司，用于對照例C和X；(C)非商品纖維(與由Du Pont歐洲公司提供的T-88類似)，用于對照例D；(D)H38F，13旦，Unitika(日本)，用于對照例E、F和Z；(E)H38F，6旦，Unitika(日本)，用于對照例A、B和Y(2)卷曲類型(M)＝機(jī)械卷曲；S＝螺旋狀(有時(shí)稱螺旋形)。
(3)粘合劑種類所有的粘合纖維都是同心鞘/芯粘合纖維，其芯是2G-T，周圍是粘合材料的鞘，由Unitika株式會社(4-1-3，Kyutaro-machi，Chuo-Ku，大坂，541，日本)提供，4080和2080兩種各具有2G-T/2G-I共聚物的粘合材料鞘，但是其2G-T的比例不同，所以這兩種粘合材料共聚物在不同的溫度下熱活化，T4080在大約110℃，而T2080在大約210℃。S-74具有與Unitika所公開的不同的新型粘合材料的鞘，這種材料有明確的熔點(diǎn)(158℃)，據(jù)信它和其它非晶態(tài)粘合材料不同，是一種結(jié)晶材料，非晶材料沒有明確的熔點(diǎn)，可是在指定溫度附近會軟化起到粘合材料的作用。
AM3＝美國Cyanamid公司銷售的Aerotex M-3-三聚氰胺甲醛樹脂。
對于表1中的每一項(xiàng)，都按照Snyder在美國專利5,218,740中所述的方法將纖維成形為纖維球(絲團(tuán))。這種絲團(tuán)是按80/20(重量)比例由基質(zhì)纖維和表1中所敘述的纖維摻混制得。模塑件被成形為一個(gè)10英寸(25cm)直徑、4英寸(10cm)高的圓柱體。整個(gè)模具由沖孔的碳鋼板構(gòu)成，上面有許多1/8英寸(3.2mm)的孔，孔中心距大約為3/16英寸(4.8mm)，這樣開孔率大約為40％。為了制造密度大約為2.5 lb/ft3(40kg/m3)的模塑件，圓柱體內(nèi)裝入0.182 lb(82g)的絲團(tuán)。沖孔的鋼板壓緊松散的絲團(tuán)，形成了4英寸(10cm)高的圓柱體。將模具連同裝入的絲團(tuán)一同插到放在烘箱中的風(fēng)管中，使循環(huán)熱風(fēng)由下而上通過模具。空氣壓力調(diào)到0.5～0.75英寸(12～19mm)水柱之間。對于項(xiàng)目1和B-E(使用T4080粘合纖維)，將空氣加熱到180℃，在1～2分鐘后，當(dāng)下游空氣溫度達(dá)170℃時(shí)取出試樣。對于項(xiàng)目F(使用T2080粘合纖維)，將空氣加熱到220℃，當(dāng)下游空氣溫度達(dá)210℃時(shí)取出試樣。對于項(xiàng)目2和A(使用S-74粘合纖維)，將空氣加熱到200℃，當(dāng)下游空氣溫度達(dá)180℃時(shí)取出試樣。當(dāng)從模具中取出時(shí)，并非全部制品的高度都精確地為4英寸(10cm)，所以表中報(bào)告的密度是由實(shí)測試樣高度計(jì)算出來的。
對于表2，用美國Cyanamid公司生產(chǎn)的三聚氰胺甲醛樹脂AerotexM3進(jìn)行粘結(jié)。按如下方法制備溶液18.4g Aerotex M3、5.9g促進(jìn)劑MX配168g水。將此溶液與59g絲團(tuán)均勻混合，然后排出水。再將濕絲團(tuán)放到直徑6英寸(15cm)的固體壁的罐中。一個(gè)絲網(wǎng)固定濕膨松絲團(tuán)的高度為4英寸(10cm)。在163℃(325°F)的循環(huán)空氣烘箱中放置20分鐘后，使模塑件干燥并固化。
由于在此實(shí)施例中使用的粘合纖維含有2G-T的芯，如同在2G-T基質(zhì)纖維中所經(jīng)歷的那樣，預(yù)計(jì)會有不理想的壓縮/熱永久變形性，換句話說，由于2G-T的存在，預(yù)期會增大壓縮/熱永久變形的數(shù)值。另外在壓縮/熱永久變形的測試溫度下2G-T/2G-I鞘會發(fā)生軟化，由于粘合點(diǎn)成為可移動的，會引起若干或全部的熱永久變形。所以表2中的填充纖維絲團(tuán)制造時(shí)不使用這樣的粘合纖維，而是用一種熱固性的三聚氰胺甲醛樹脂Aerotex M3進(jìn)行粘合來實(shí)現(xiàn)模塑，已知這種樹脂的性質(zhì)是對溫度比較不那么敏感的。無論是用粘合纖維還是用熱固性樹脂進(jìn)行粘合，CHDMT絲團(tuán)都永遠(yuǎn)比2G-T絲團(tuán)有更低的熱永久變形。再有，(1)當(dāng)從纖維體系(項(xiàng)目P)和(2)中完全排除2G-T聚合物且(2)當(dāng)使用S-74粘合纖維(項(xiàng)目2)時(shí)，得到最低的熱永久變形數(shù)據(jù)。將對照項(xiàng)目A與對照項(xiàng)目B進(jìn)行比較時(shí)表明，當(dāng)2G-T是基質(zhì)纖維時(shí)(類似于使用AM3作為表2中項(xiàng)目Y的粘合劑)，使用S-74能得到比T4080稍低的永久變形(從34到30)。然而，如在實(shí)施例1和2中那樣，使用CHDMT會大大降低永久變形，哪怕用T4080作為粘合纖維。使用CHDMT作為基質(zhì)纖維時(shí)，S-74表現(xiàn)出比T4080的優(yōu)越性遠(yuǎn)小于使用2G-T作基質(zhì)纖維時(shí)所表現(xiàn)的優(yōu)越性，這一點(diǎn)是可以看出的，據(jù)認(rèn)為這是由于用CHDMT作基質(zhì)纖維(占混合物的80％)時(shí)永久變形已經(jīng)很低了。
這樣的粘合材料最好具有比基質(zhì)纖維(含CHDMT)的熔點(diǎn)至少低20℃的明確熔點(diǎn)。
因此，優(yōu)選的模塑制品是用軟化溫度較高的粘合材料制成的這種粘合纖維來制造，其軟化溫度之高足以在測試壓縮/熱永久變形(比如ASTM 3574-D)時(shí)能耐得住軟化，和/或用CHDMT聚合物既作為基質(zhì)纖維也作為鞘/芯雙組分粘合纖維的芯來制造。
正如已經(jīng)指出的，對于進(jìn)一步的細(xì)節(jié)，比如說粘合纖維的量可以以先有技術(shù)，如Marcus的專利作為參考，這將取決于具體用途，但一般會是纖維總重量的大約10～30％。
再回到本專利的第一方面，基本上以與上面表1所述相似的方法制造了纖維球(絲團(tuán))，只是原料纖維不含有粘合纖維，即是100％的聚酯填充纖維(切斷長度為2英寸)。CHDMT纖維是T-211(6dpf實(shí)心圓纖維，與表1及表2中使用的項(xiàng)目A相同)，而2G-T纖維是T-808(6.5dpf單孔中空纖維，與上面表1和表2中使用的項(xiàng)目B相同)。然而項(xiàng)目B是“干的”，也就是說外面沒有涂布聚硅氧烷滑爽劑，也用與對照例相同的方法將如項(xiàng)目X所標(biāo)的商品(T-234，4.25d并經(jīng)滑爽處理)制成絲團(tuán)。用這種絲團(tuán)進(jìn)行到對比的松密度測試，也用如下的標(biāo)準(zhǔn)方法測試柔軟度。
將300g絲團(tuán)試樣裝入高375mm、內(nèi)徑292mm的圓筒。該圓筒以直徑286mm的環(huán)狀腳固著在型號為LR5K的Lloyd測試儀上，用來記錄當(dāng)試樣以508mm/min的速度受壓時(shí)的應(yīng)力/應(yīng)變(負(fù)載/高度)特性。試樣先預(yù)壓縮到355mm。然后在第二次循環(huán)過程中記錄下在0.75、5.0、88.5和121.5N力時(shí)試樣的厚度。在5.0N和88.5N時(shí)進(jìn)行的測定特別重要并具有實(shí)際用途，因?yàn)檫@兩個(gè)數(shù)據(jù)分別與制品(如用這種絲團(tuán)制造的枕頭或座墊)的厚度與柔軟性有關(guān)。在表3中給出了這些高度(以mm為單位，括弧中為標(biāo)準(zhǔn)偏差)，它表明CHDMT(A)和2GT(B)纖維絲團(tuán)能制造出膨松度一樣的枕頭，但CHDMT絲團(tuán)比至今所使用的聚硅氧烷滑爽劑所能達(dá)到的還要軟得多，表3中項(xiàng)目X的滑爽2GT值表明了這一點(diǎn)。CHDMT絲團(tuán)的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)就是與用聚硅氧烷進(jìn)行滑爽處理的2GT商品纖維制造的絲團(tuán)相比，它對可燃性的敏感度低。
表3CHDMT(A) 2GT(B) 2GT(X)5N25.0(0.5) 26.7(0.8)23.488.5N 7.6(0.2) 11.4(0.3)6.1總的說來，與2G-T相比，我們發(fā)現(xiàn)用CHDMT填充的枕頭的壓縮性能有令人吃驚的巨大優(yōu)點(diǎn)。因此，只用這種新型纖維球充填或用它們與其它填充材料混合充填的枕頭、座墊和其它制品預(yù)期是很美觀的，而且如前面所說還有其它的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.平均直徑為2～15mm、主要由切斷長度為10～100mm的隨機(jī)排列、纏結(jié)、卷曲的聚酯填充纖維構(gòu)成的纖維球，其特征在于該聚酯是聚對苯二甲酸1，4-環(huán)己烷二亞甲基酯。
2.平均直徑為2～15mm、主要由切斷長度為10～100mm的隨機(jī)排列、纏結(jié)、卷曲的聚酯填充纖維構(gòu)成并包含粘合纖維的可模塑纖維球，其特征在于所述聚酯填充纖維主要由聚對苯二甲酸1，4-環(huán)己烷二亞甲基酯組成。
3.按照權(quán)利要求2的纖維球，其特征在于該粘合纖維是一種雙組分粘合纖維。
4.按照權(quán)利要求3的纖維球，其特征在于該粘合纖維的一個(gè)組分是聚對苯二甲酸1，4-環(huán)己烷二亞甲基酯。
5.按照權(quán)利要求4的纖維球，其特征在于該粘合纖維是一種鞘/芯型雙組分纖維，其芯為聚對苯二甲酸1，4-環(huán)己烷二亞甲基酯，而鞘是低熔點(diǎn)粘合材料。
6.按照權(quán)利要求2～6中任意一項(xiàng)的纖維球，其特征在于該粘合纖維含有具有明確熔點(diǎn)的粘合材料，該熔點(diǎn)至少比聚對苯二甲酸1，4-環(huán)己烷二亞甲基酯的熔點(diǎn)低20℃，而且至少是100℃。
7.用按照權(quán)利要求1的纖維球填充的枕頭。
全文摘要
基于聚(對苯二甲酸1，4-環(huán)己烷二亞甲基酯)纖維的纖維球提供了性能改善的產(chǎn)品。
文檔編號D04H1/02GK1132532SQ94193589
公開日1996年10月2日 申請日期1994年9月28日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月30日
發(fā)明者M·S·弗蘭科斯基 申請人:納幕爾杜邦公司