專利名稱:聚對(duì)苯二甲酸亞丙基酯四槽橫截面短纖維的制作方法
相關(guān)申請(qǐng)本申請(qǐng)要求2000年9月12日申請(qǐng)的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)系列號(hào)60/231,852的優(yōu)先權(quán)，該專利申請(qǐng)被結(jié)合在本文中以作參考。
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及四槽(tetrachannel)橫截面短纖維、以及用其制成的紗線、織物和填充用纖維和制造這種短纖維的方法。
發(fā)明背景通常被稱作“聚對(duì)苯二甲酸亞烷基酯”的聚對(duì)苯二甲酸亞乙基酯(“2GT”)和聚對(duì)苯二甲酸亞丁基酯(“4GT”)是常見(jiàn)的商品聚酯。聚對(duì)苯二甲酸亞烷基酯具有優(yōu)異的物理和化學(xué)性能，特別是化學(xué)、熱和光穩(wěn)定性、高熔點(diǎn)和高強(qiáng)度。因此它們被廣泛用于樹(shù)脂、薄膜和纖維，包括短纖維和包含這種短纖維的填充用纖維。
在紡織工業(yè)中，由2GT制成的合成纖維是眾所周知的。而且，2GT聚合物的特性和工藝參數(shù)也是普遍已知的。這種合成纖維通常被分成兩類(1)長(zhǎng)絲和(2)不連續(xù)纖維，常常被稱為“短纖維”或“切斷纖維”。由2GT短纖維制成的一般最終用途產(chǎn)品包括紗線、織物和填充用纖維。
由于2GT短纖維的某些特性，因此在上述最終用途產(chǎn)品方面是理想的。例如，已知由2GT短纖維制成的織物和紗線可生產(chǎn)對(duì)于下游操作而言具有符合需要的特性的紗線，如由Aneja在美國(guó)專利5,736,243中所公開(kāi)的。例如，這樣的纖維適于在精梳毛紡體系(worstedsystem)上進(jìn)行加工。而且，由這類纖維制成的紗線在制造具有良好水分芯吸(moisture wicking)能力的輕質(zhì)織物方面是有用的。在用于許多類型的服裝如運(yùn)動(dòng)服的織物中，需要水分芯吸性，因?yàn)檫@些服裝有助于使水分離開(kāi)穿著者。同樣地，因?yàn)檩p質(zhì)織物沒(méi)有厚重織物那么笨重，所以是較為理想的。
某些2GT短纖維由于具有特殊形狀特性，因而在這樣的最終用途產(chǎn)品方面甚至是更符合需要的。例如，美國(guó)專利5,736,243公開(kāi)了具有四槽橫截面的2GT短纖維的織物和紗線，更具體地說(shuō)，是具有荷葉邊橢圓形橫截面，并且沿長(zhǎng)絲的長(zhǎng)度方面具有槽的2GT短纖維的織物和紗線。由這樣的纖維制成的紗線在制造具有良好水分芯吸能力的輕質(zhì)織物方面是特別有用的。
由于近年來(lái)對(duì)生產(chǎn)聚合物主鏈單體成分之一的1，3-丙二醇(PDO)的低成本途徑的開(kāi)發(fā)，使得聚對(duì)苯二甲酸亞丙基酯(polytrimethyleneterephthalate)(3GT)(也稱為polypropylene terephthalate)作為纖維在商業(yè)上日益受到重視。由于3GT在大氣壓下的分散染色性、低彎曲模量、彈性回復(fù)和回彈，長(zhǎng)期以來(lái)一直希望它是纖維的形式。但是，適用于高強(qiáng)度、高彈性紗線的3GT短纖維的制造具有許多具體問(wèn)題，特別是在獲得令人滿意的纖維卷曲和紗線強(qiáng)度方面存在問(wèn)題。在這幾年中所找到的對(duì)于2GT或4GT纖維的上述問(wèn)題的解決辦法通常不適用于3GT纖維，因?yàn)?GT具有獨(dú)特的性質(zhì)。
JP 11-189938敘述了制造3GT短纖維(3-200mm)，并描述了在100-160℃、為時(shí)0.01-90分鐘的濕熱處理步驟，或者在100-300℃、為時(shí)0.01-20分鐘的干熱處理步驟。在加工實(shí)施例1中，在260℃以1800m/分鐘的紡紗卷繞(yam-spinning take-up)速度對(duì)3GT進(jìn)行紡絲。拉伸之后，將纖維用液體浴在150℃進(jìn)行5分鐘的定長(zhǎng)熱處理。然后，將其卷曲并切斷。加工實(shí)施例2對(duì)拉伸后的纖維應(yīng)用在200℃、為時(shí)3分鐘的干熱處理。
JP 11-107081描述了3GT復(fù)絲未拉伸纖維在低于150℃，優(yōu)選110-150℃的溫度、為時(shí)0.2-0.8秒，優(yōu)選0.3-0.6秒的松弛，并隨后進(jìn)行復(fù)絲的假捻。該文獻(xiàn)沒(méi)有提及制造高強(qiáng)度卷曲3GT短纖維的方法。
美國(guó)專利3,584,103號(hào)描述了一種對(duì)具有不對(duì)稱雙折射的3GT長(zhǎng)絲進(jìn)行熔紡的方法。通過(guò)如下步驟制備3GT的螺旋狀卷曲紡織纖維對(duì)長(zhǎng)絲進(jìn)行熔紡，使橫截面上具有不對(duì)稱雙折射；拉伸該長(zhǎng)絲以定向其分子；將拉伸后的長(zhǎng)絲在保持定長(zhǎng)的情況下于100-190℃進(jìn)行熱處理；在高于45℃，優(yōu)選約140℃的松弛條件下對(duì)經(jīng)熱處理的長(zhǎng)絲加熱2-10分鐘，以產(chǎn)生卷曲。所有實(shí)施例都證明在140℃松弛纖維。
EP 1 016 741描述了使用磷添加劑和某些3GT聚合物質(zhì)量限制以得到改進(jìn)的白度、熔融穩(wěn)定性和紡絲穩(wěn)定性。將紡絲和拉伸之后制得的長(zhǎng)絲和短纖在90-200℃進(jìn)行熱處理，但不進(jìn)行卷曲和松弛。據(jù)報(bào)道(第8頁(yè)，第18行)對(duì)纖維的橫截面形狀沒(méi)有特別限制，可以是圓形、三葉形、平的(flat)、星形、w形等，可以是實(shí)心或空心的。同一申請(qǐng)人的WO 01/16413中要求了用凸面修改的三葉形橫截面擠出的3GT纖維的特殊優(yōu)點(diǎn)。
所有上述文獻(xiàn)都通過(guò)應(yīng)用被全文結(jié)合在本文中以作參考。
所有這些文獻(xiàn)都沒(méi)有提及制造四槽3GT短纖維的方法，也沒(méi)有提及這種3GT短纖維的特殊優(yōu)點(diǎn)。
發(fā)明簡(jiǎn)述本發(fā)明包括具有四槽橫截面的聚對(duì)苯二甲酸亞丙基酯短纖維。優(yōu)選所述四槽橫截面包括具有凹槽的荷葉邊橢圓形狀。
優(yōu)選所述聚對(duì)苯二甲酸亞丙基酯纖維的強(qiáng)度為3克/旦(2.65cN/分特)或更高。優(yōu)選所述聚對(duì)苯二甲酸亞丙基酯纖維的卷縮(crimptake-up)為10％-60％。
優(yōu)選所述聚對(duì)苯二甲酸亞丙基酯纖維通過(guò)包括下述各步的方法制造將聚對(duì)苯二甲酸亞丙基酯聚合物熔融，在245-285℃的溫度下對(duì)該熔體進(jìn)行紡絲，使纖維驟冷，拉伸纖維，用機(jī)械卷曲機(jī)對(duì)纖維進(jìn)行卷曲，在50-120℃的溫度下對(duì)卷曲后的纖維進(jìn)行松弛，然后將纖維切成約0.2-6英寸(約0.5-約15cm)的長(zhǎng)度。
從上述方法制得的短纖維的卷縮為10-60％，強(qiáng)度為至少3克/旦(2.65cN/分特)。
本發(fā)明也涉及本發(fā)明纖維與棉、2GT、尼龍、lyocel、丙烯腈系纖維、聚對(duì)苯二甲酸亞丁基酯(4GT)以及其它纖維的摻混物。
本發(fā)明也涉及由具有四槽橫截面的聚對(duì)苯二甲酸亞丙基酯短纖維制成的紗線。本發(fā)明還涉及由所述紗線制成的織物。優(yōu)選所述織物具有至少300％的上染率。
本發(fā)明也涉及由所述纖維和所述摻混物制成的非織造、機(jī)織和針織織物。本發(fā)明進(jìn)一步涉及由所述摻混物制成的紗線、由其制成的機(jī)織和針織織物，以及由所述摻混物制成的填充用纖維。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及具有優(yōu)異芯吸和/或起球性能的纖維、紗線和織物，特別是針織織物。優(yōu)選的織物(優(yōu)選針織織物)優(yōu)選具有5分鐘后至少2英寸(5cm)的芯吸高度，優(yōu)選10分鐘后至少4英寸(10cm)，優(yōu)選30分鐘后至少5英寸(13cm)。優(yōu)選的織物具有毛絨的球粒(與硬的球粒相對(duì))，這被認(rèn)為是優(yōu)選的，因?yàn)樗鼈儗?dǎo)致較不明顯的起球感。
本發(fā)明還涉及填充用纖維網(wǎng)狀物和絮墊，以及填充用纖維產(chǎn)品，包括短纖維。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及制造聚對(duì)苯二甲酸亞丙基酯紗線、填充用纖維網(wǎng)狀物、絮墊和產(chǎn)品以及織物的方法。
附圖簡(jiǎn)述
圖1是按照本發(fā)明方法由聚對(duì)苯二甲酸亞丙基酯制成的短纖維的橫截面形狀的放大圖。
圖2是按照本發(fā)明方法由聚對(duì)苯二甲酸亞丙基酯纖維制成的細(xì)紗A的橫截面形狀的放大圖。
圖3是按照本發(fā)明方法由聚對(duì)苯二甲酸亞丙基酯纖維制成的細(xì)紗B的橫截面形狀的放大圖。
圖4是按照常規(guī)方法由聚對(duì)苯二甲酸亞乙基酯纖維制成的細(xì)紗C的橫截面形狀的放大圖。
發(fā)明詳述在本發(fā)明中有用的聚對(duì)苯二甲酸亞丙基酯可以通過(guò)已知的制造技術(shù)(間歇、連續(xù)等)進(jìn)行生產(chǎn)，如下列文獻(xiàn)中所述美國(guó)專利5,015,789、5,276,201、5,284,979、5,334,778、5,364,984、5,364,987、5,391,263、5,434,239、5,510,454、5,504,122、5,532,333、5,532,404、5,540,868、5,633,018、5,633,362、5,677,415、5,686,276、5,710,315、5,714,262、5,730,913、5,763,104、5,774,074、5,786,443、5,811,496、5,821,092、5,830,982、5,840,957、5,856,423、5,962,745、5,990,265、6,140,543、6,245,844、6,277,289、6,281,325、6,255,442和6,066,714號(hào)、EP 998 440、WO 01/09073、01/09069、01/34693、00/14041、00/58393、01/14450和98/57913，H.L Traub，“Synthese undtextilchemische Eigenschaften des Poly-Trimethyleneterephthalats”，Dissertation Universitat Stuttgart(1994)以及S.Schauhoff ，“NewDevelopments in the Production of Polytrimethylene Terephthalate(PTT)”，Man-Made Fiber Year Book(1996年9月)，所有上述文獻(xiàn)均結(jié)合在本文中以作參考?？捎米鞅景l(fā)明聚酯的聚對(duì)苯二甲酸亞丙基酯可以商標(biāo)“Sorona”從Delaware，Wilmington的E.I.du Pont de Nemours andCompany買到。
優(yōu)選所述聚對(duì)苯二甲酸亞丙基酯纖維的相對(duì)粘度(LRV)為至少34，可以高至60或更高。
所述適用于本發(fā)明的聚對(duì)苯二甲酸亞丙基酯的特性粘度為0.60分升/克(dl/g)或更高，優(yōu)選為至少0.70dl/g，更優(yōu)選為至少0.80dl/g，最優(yōu)選為至少0.90dl/g。所述特性粘度通常為大約1.5dl/g或更低，優(yōu)選為1.4dl/g或更低，更優(yōu)選為1.2dl/g或更低，最優(yōu)選為1.1dl/g或更低。在實(shí)施本發(fā)明時(shí)特別有用的聚對(duì)苯二甲酸亞丙基酯均聚物的熔點(diǎn)為大約225-231℃。
可以使用對(duì)于聚酯纖維有用的常規(guī)技術(shù)和設(shè)備(優(yōu)選方法也描述在本文中)來(lái)實(shí)施紡絲。例如美國(guó)專利3,816,486和4,639,347號(hào)、英國(guó)書1 254 826號(hào)和JP 11-189938中所述的各種紡絲方法，所有這些皆被結(jié)合在本文中以作參考。
紡絲速度優(yōu)選為600米/分鐘或更大，并且通常為2500米/分鐘或更小。紡絲溫度通常為245℃或更高和285℃或更低，優(yōu)選為275℃或更低。最優(yōu)選在大約255℃實(shí)施紡絲。
將噴絲頭設(shè)計(jì)為可以擠出具有四槽橫截面的纖維。優(yōu)選所用噴絲頭是美國(guó)專利3,914,488 Gorrafa圖1和美國(guó)專利4,634,625圖1中所描述的類型，所述兩個(gè)專利都被結(jié)合在本文中以作參考。這些噴絲頭提供具有四槽橫截面的纖維，包括有凹槽的荷葉邊橢圓形橫截面纖維。但是，任何擠出纖維的形狀都可能與噴絲頭形狀不一致，這是因?yàn)榫酆衔锏膬?nèi)聚以及所得聚合物在擠出之后、驟冷和拉伸之前的流動(dòng)。這一流動(dòng)有可能抹煞原始噴絲頭形狀本身所固有的優(yōu)點(diǎn)。令人吃驚的是，本發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)3GT的四槽纖維具有比2GT易確定得多的形狀。這一特性顯示在與圖4(說(shuō)明2GT)作比較的本發(fā)明的圖1-3(說(shuō)明3GT)中。所述更易確定的形狀提高了四槽結(jié)構(gòu)所顯示的好處。
可以以常規(guī)方式用空氣或先有技術(shù)中描述的其它流體(如氮?dú)?來(lái)實(shí)施驟冷?？梢允褂脵M流、放射狀或其它常規(guī)技術(shù)。
驟冷之后，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)(例如使用給油輥)施加常規(guī)的紡絲油劑。
在絲束條筒(tow can)上收集熔紡長(zhǎng)絲。然后將幾個(gè)絲束條筒放在一起，由這些長(zhǎng)絲形成一個(gè)大的絲束。此后，用常規(guī)技術(shù)優(yōu)選以約50-約120碼/分鐘(約46-約110m/分鐘)拉伸長(zhǎng)絲。拉伸比優(yōu)選為約1.25-約4，更優(yōu)選1.25-2.5，最優(yōu)選至少1.4并且優(yōu)選最高至1.6。優(yōu)選使用兩步拉伸來(lái)實(shí)施拉伸(參見(jiàn)例如美國(guó)專利3,816,486號(hào)，將其結(jié)合在本文中以作參考)。
在使用常規(guī)技術(shù)拉伸期間可以實(shí)施整理。
根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案，在拉伸之后、卷曲和松弛之前對(duì)纖維進(jìn)行熱處理?！盁崽幚怼笔侵冈趶埩ο聦?duì)拉伸后的纖維進(jìn)行加熱。熱處理優(yōu)選在至少大約85℃，優(yōu)選大約115℃或更低溫度下進(jìn)行。最優(yōu)選熱處理在大約100℃進(jìn)行。優(yōu)選熱處理用加熱的輥進(jìn)行。也可以使用美國(guó)專利4,704,329的飽和蒸汽進(jìn)行熱處理，該專利被結(jié)合在本文中以作參考。按照第二種選擇，則不實(shí)施熱處理。優(yōu)選在制造填充用纖維時(shí)省去熱處理。
可以使用常規(guī)機(jī)械卷曲技術(shù)。優(yōu)選具有蒸汽輔助的機(jī)械短纖卷曲機(jī)，如填塞箱式。
可以在使用常規(guī)技術(shù)的卷曲機(jī)上進(jìn)行整理。
卷曲程度通常為8個(gè)卷曲/英寸(cpi)(3個(gè)卷曲/cm(cpc))或更多，優(yōu)選10cpi(3.9cpc)或更多，最優(yōu)選14cpi(5.5cpc)或更多，并且通常為30cpi(11.8cpc)或更少，優(yōu)選25cpi(9.8cpc)或更少，更優(yōu)選20cpi(7.9cpc)或更少。所得的卷縮(％)是纖維特性的函數(shù)，優(yōu)選為10％或更高，更優(yōu)選為15％或更高，最優(yōu)選為20％或更高，并且優(yōu)選最高至40％，更優(yōu)選最高至60％。
當(dāng)制造填充用纖維時(shí)，優(yōu)選在卷曲之后、松弛之前應(yīng)用光滑劑(slickener)。在制造填充用纖維時(shí)有用的光滑劑描述在美國(guó)專利4,725,635中，將其結(jié)合在本文中以作參考。
可以使用較低溫度進(jìn)行松弛以獲得最大的卷縮?！八沙凇笔侵笇㈤L(zhǎng)絲在不受約束的條件下加熱，從而使長(zhǎng)絲得以自由收縮。松弛在卷曲之后、切斷之前進(jìn)行。通常實(shí)施松弛以除去收縮并干燥纖維。在典型的松弛機(jī)中，將纖維擱置在傳送帶上并經(jīng)過(guò)烘箱。對(duì)本發(fā)明中有用的最低松弛溫度為40℃，若溫度過(guò)低，則無(wú)法在足夠時(shí)間內(nèi)使纖維干燥。優(yōu)選松弛溫度為120℃或更低，更優(yōu)選105℃或更低，甚至更優(yōu)選100℃或更低，更加優(yōu)選低于100℃，最優(yōu)選低于80℃。優(yōu)選松弛溫度為55℃或更高，更優(yōu)選高于55℃，更優(yōu)選60℃或更高，最優(yōu)選高于60℃。優(yōu)選松弛時(shí)間不超過(guò)大約60分鐘，更優(yōu)選25分鐘或更少。松弛時(shí)間必需足夠長(zhǎng)以便使纖維得到干燥并將纖維帶至理想的松弛溫度，理想的松弛溫度取決于絲束旦尼爾的尺寸，當(dāng)松弛少量(例如1,000旦尼爾(1,100分特))時(shí)，可以為幾秒。在工業(yè)設(shè)置中，時(shí)間可以短至1分鐘。優(yōu)選長(zhǎng)絲以50-200碼/分鐘(46-約183米/分鐘)的速率、為時(shí)6-20分鐘經(jīng)過(guò)烘箱，或者以其它適于松弛和干燥纖維的速率經(jīng)過(guò)烘箱。
優(yōu)選在piddler條筒中收集長(zhǎng)絲，隨后進(jìn)行切斷和打包。本發(fā)明的短纖優(yōu)選在松弛之后用機(jī)械切斷機(jī)進(jìn)行切斷。優(yōu)選纖維為約0.2-約6英寸(約0.5-約15cm)，更優(yōu)選約0.5-約3英寸(約1.3-約7.6cm)，最優(yōu)選約1.5英寸(3.8cm)?？梢詢?yōu)選不同的短纖長(zhǎng)度以用于不同的最終用途。
優(yōu)選短纖的強(qiáng)度為3.0克/旦(g/d)(2.65cN/分特)(通過(guò)用g/d值乘以0.883轉(zhuǎn)化為cN/分特，這是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法)或更高，優(yōu)選大于3.0g/d(2.65cN/分特)，以能夠在高速紡絲和梳理設(shè)備上進(jìn)行加工并且對(duì)纖維無(wú)損害。通過(guò)拉伸和松弛但未經(jīng)熱處理而制得的短纖維的強(qiáng)度大于3.0g/d(2.65cN/分特)、優(yōu)選為3.1g/d(2.74cN/分特)或更高。通過(guò)拉伸、松弛和熱處理而制得的短纖維的強(qiáng)度大于3.5g/d(3.1cN/分特)、優(yōu)選為3.6g/d(3.2cN/分特)或更高，更優(yōu)選為3.75g/d(3.3cN/分特)或更高，甚至更優(yōu)選為3.9g/d(3.44cN/分特)或更高，最優(yōu)選為4.0g/d(3.53cN/分特)或更高。通過(guò)本發(fā)明的方法可以制備高達(dá)6.5g/d(5.74cN/分特)或更高的強(qiáng)度。對(duì)于一些最終用途，高達(dá)5g/d(4.4cN/分特)、優(yōu)選為4.6g/d(4.1cN/分特)的強(qiáng)度是優(yōu)選的。高強(qiáng)度可引起紡織品表面過(guò)多的纖維起球。最顯著的是，這些強(qiáng)度可以用55％或更少并且通常為20％或更多的伸長(zhǎng)(斷裂伸長(zhǎng))來(lái)實(shí)現(xiàn)。
優(yōu)選纖維含有至少85％重量，更優(yōu)選90％重量，甚至更優(yōu)選至少95％重量的聚對(duì)苯二甲酸亞丙基酯聚合物。最優(yōu)選的聚合物為基本上全部含聚對(duì)苯二甲酸亞丙基酯聚合物和用于聚對(duì)苯二甲酸亞丙基酯纖維的添加劑。這類添加劑包括抗氧化劑、穩(wěn)定劑(例如UV穩(wěn)定劑)、消光劑(例如TiO2、硫化鋅或氧化鋅)、顏料(例如TiO2等)、阻燃劑、抗靜電劑(antistat)、染料、填料(如碳酸鈣)、抗菌劑、抗靜電劑(antistatic agent)、熒光增白劑、補(bǔ)充劑、加工助劑和其它提高聚對(duì)苯二甲酸亞丙基酯的制造工藝或性能的化合物)。當(dāng)使用TiO2時(shí)，優(yōu)選其添加量為所述聚合物或纖維重量的至少約0.01％重量，更優(yōu)選至少約0.02％重量，并且優(yōu)選最多至大約5％重量，更優(yōu)選最多至約3％重量，最優(yōu)選最多至約2％重量。無(wú)光聚合物優(yōu)選含有約2％重量，半無(wú)光聚合物優(yōu)選含有約0.3％重量。
根據(jù)本發(fā)明制備的用于服裝(例如針織和機(jī)織織物)和非織造物的纖維的單絲旦數(shù)一般為至少0.8旦/單絲(dpf)(0.88分特(dtex))，優(yōu)選至少1dpf(1.1分特)，最優(yōu)選至少1.2dpf(1.3分特)。它們優(yōu)選為3dpf(3.3分特)或更低，更優(yōu)選為2.5dpf(2.8分特)或更低，最優(yōu)選為2dpf(2.2分特)或更低。最優(yōu)選的是大約1.4dpf(大約1.5分特)。非織造物通常利用約1.5-約6dpf(約1.65-約6.6分特)的短纖。可以使用高達(dá)6dpf(6.6分特)的較高旦尼爾纖維，甚至更高的旦尼爾對(duì)于非紡織用途如填充用纖維是有用的。
填充用纖維利用約0.8-約15dpf(約0.88-約16.5分特)的短纖。制來(lái)做填充用纖維的纖維通常為至少3dpf(3.3分特)，更優(yōu)選為至少6dpf(6.6分特)。它們一般為15dpf(16.5分特)或更低，更優(yōu)選9dpf(9.9分特)或更低。
本發(fā)明的纖維是單組分纖維(由此，明確排除雙組分和多組分纖維，如由兩種不同類型的聚合物或兩類在其各自區(qū)域具有不同特征的相同聚合物所制成的皮芯型或并列型纖維，但是不排除分散于纖維中的其它聚合物和存在的添加劑)。它們可以是實(shí)心的、中空的或多中空的。
優(yōu)選將本發(fā)明的短纖維用于制造衣料、非織造織物和填充用纖維，最優(yōu)選用于制造衣料如針織和機(jī)織織物。衣料(如紗線)和非織造織物可以通過(guò)下述操作進(jìn)行制造即開(kāi)包、梳理短纖維、然后將它們進(jìn)行混合。更具體地說(shuō)，在制造非織造織物時(shí)，用常規(guī)技術(shù)(如熱粘合、針刺法、射流噴網(wǎng)法等)使纖維粘合。在制造針織和機(jī)織織物時(shí)，再次使用常規(guī)技術(shù)將纖維拉伸成條子和紡成紗線。然后，將紗線針織或機(jī)織成織物?？梢詫⒈景l(fā)明的纖維與其它類型纖維如棉、2GT、尼龍、lyocel、丙烯腈系纖維、聚對(duì)苯二甲酸亞丁基酯等進(jìn)行混合。此外，它們也可以與具有其它形狀的3GT纖維混合，或者與其它類型纖維包括長(zhǎng)絲進(jìn)行混合。
本發(fā)明的短纖維可用于填充用纖維用途。優(yōu)選開(kāi)包，將纖維精梳-扯松或梳理-以形成網(wǎng)狀物，使網(wǎng)狀物交叉重疊以形成絮墊(使之能達(dá)到較高的重量和/或尺寸)，用枕頭填充器或其它填充設(shè)備將絮墊填充進(jìn)最終產(chǎn)品中。可以用普通粘合技術(shù)如噴灑(樹(shù)脂)粘合法、熱粘合法(低熔點(diǎn))和超聲波粘合法將網(wǎng)狀物中的纖維進(jìn)一步粘合在一起。任選將低粘合溫度的短纖維(例如低粘合溫度的聚酯)與所述纖維混合以提高粘合性。
通過(guò)本發(fā)明制造的填充用纖維網(wǎng)狀物通常為約0.5-約2盎司/碼2(約17-約68g/m2)。交叉重疊的絮墊可以包含約30-約1,000g/m2的纖維。
使用本發(fā)明，可以制備具有超過(guò)2GT短纖維性能的聚對(duì)苯二甲酸亞丙基酯填充用纖維，所述性能包括但不限于增強(qiáng)的纖維柔軟性、抗擠壓性、自膨松性和超強(qiáng)水分傳遞特性。
根據(jù)本發(fā)明制備的填充用纖維可以被用于許多用途，包括衣服(如胸罩墊)、枕頭、家具、保溫層、蓋被、過(guò)濾器、機(jī)動(dòng)車(如緩沖墊)、睡袋、床墊和褥子。
實(shí)施例下面的實(shí)施例用來(lái)舉例說(shuō)明本發(fā)明，但并非用于限制本發(fā)明。除非特別指出，否則所有的份數(shù)、百分比等均以重量計(jì)。
測(cè)量和單位此處討論的測(cè)量用傳統(tǒng)美國(guó)紡織單位(包括旦尼爾，這是一個(gè)公制單位)來(lái)進(jìn)行。為了滿足在別處指定的操作，將美國(guó)單位與相應(yīng)公制單位一起公布在此。例如，在實(shí)際測(cè)量值之后在圓括號(hào)內(nèi)提供了相應(yīng)于旦數(shù)的分特值。
如下測(cè)定纖維的具體性能。
相時(shí)粘度相對(duì)粘度(“LRV”)是溶解在HFIP溶劑(含有100ppm 98％試劑級(jí)別硫酸的六氟異丙醇)中的聚合物的粘度。粘度測(cè)定裝置是可從許多銷售商(Design Scientific，Cannon等)處買到的毛細(xì)管粘度計(jì)。以厘沲計(jì)的相對(duì)粘度是測(cè)定聚合物在25℃HFIP中的4.75％重量溶液的粘度，將其與25℃純HFIP的粘度相比而得到的。
特性粘度由Viscotek Forced Flow Viscometer Y900(Viscotek Corporation，Houston，TX)測(cè)定在19℃以0.4g/dL的濃度溶解于50/50％重量三氟乙酸/二氯甲烷中的聚酯的粘度，隨后通過(guò)基于ASTM D 5225-92的自動(dòng)化方法來(lái)確定特性粘度(IV)。
芯吸通過(guò)下述操作測(cè)定實(shí)施例中織物的芯吸速率將1英寸(2.5cm)寬的條狀織物下端1.8英寸(4.6cm)垂直浸入去離子水中，目測(cè)水芯吸上纖維的高度，并將該高度記錄下來(lái)作為時(shí)間的函數(shù)。
卷縮纖維回彈性的一種衡量是卷縮(“CTU”)，它測(cè)量在纖維中設(shè)定的第二卷曲的指定頻率和幅度如何。卷縮將卷曲纖維的長(zhǎng)度與展開(kāi)纖維的長(zhǎng)度聯(lián)系起來(lái)，因此其受到卷曲幅度、卷曲頻率以及卷曲的抵抗變形能力的影響。卷縮由下式計(jì)算CTU(％)＝[100(L1-L2)]/L1其中L1代表展開(kāi)長(zhǎng)度(在0.13±0.02克但(0.115±0.018dN/tex)的附加載荷下懸掛30秒的纖維)，L2代表卷曲長(zhǎng)度(在第一次伸長(zhǎng)之后，休息60秒，之后在無(wú)附加重量情況下懸掛的同一纖維的長(zhǎng)度)。
實(shí)施例1本實(shí)施例舉例說(shuō)明本發(fā)明短纖維在紡織品應(yīng)用如紗線和織物中的優(yōu)勢(shì)。在本實(shí)施例中，用常規(guī)熔體擠出機(jī)在265℃的紡絲箱體溫度下由薄片紡織具有圖1所示四槽橫截面的聚對(duì)苯二甲酸亞丙基酯纖維。用具有1054個(gè)噴絲孔的噴絲頭以約70pph(31.75kg/h)的速度擠出纖維，紡絲速度為2066ypm(1889mpm)。然后通過(guò)常規(guī)聚酯短纖拉伸設(shè)備用兩套參數(shù)對(duì)紡成的纖維進(jìn)行拉伸，得到拉伸紗A和B，如下所述。
拉伸紗A采用75℃的浴溫、約50ypm(46mpm)的拉伸速度、1.8倍的總拉伸比對(duì)聚對(duì)苯二甲酸亞丙基酯纖維進(jìn)行拉伸。
拉伸紗B除采用85℃的浴溫、約100ypm(91mpm)的拉伸速度、2.0倍的總拉伸比外，用類似的方式對(duì)聚對(duì)苯二甲酸亞丙基酯纖維進(jìn)行拉伸。
卷曲纖維A和B然后以常規(guī)方式在歧管壓力為15psig(103kN/m2)的蒸汽的輔助下對(duì)拉伸紗A和B的纖維進(jìn)行卷曲，以達(dá)到約12cpi(30c/cm)。然后在100℃，使所述纖維以本發(fā)明的絲束形態(tài)松弛約8分鐘。之后用常規(guī)短纖切斷設(shè)備將纖維切成1.5英寸長(zhǎng)的短纖。這些纖維的物理特性如表1所示。
表1-卷曲纖維特性
細(xì)紗A和B以常規(guī)方式通過(guò)環(huán)錠紡紗將纖維A和B轉(zhuǎn)換成商用支數(shù)為30單紗(singles)(即Ne 30)的細(xì)紗(Ne 30是指重量達(dá)到1磅(0.454kg)所需的840碼(768米)長(zhǎng)度紗線的數(shù)目)。放大圖顯示細(xì)紗A和細(xì)紗B的橫截面，分別如圖2和圖3所示。由各紗線制造針織織物，并測(cè)量其在紡織工業(yè)中所需的各項(xiàng)特性。
(對(duì)比)細(xì)紗C用環(huán)錠紡紗方法將買來(lái)的具有相似橫截面的由2GT纖維制成的1.5英寸(3.81cm)切斷短纖維紡成Ne 30細(xì)紗。將這些紗線即細(xì)紗C用作對(duì)照試樣。表示細(xì)紗C橫截面的放大圖如圖4所示。
將紗線A、B和C針織成織物，并測(cè)試其起球和芯吸性能。如下所述，由本發(fā)明的紗線所制成的織物顯示出與用傳統(tǒng)2GT紗線針織而成的織物相同的或者更優(yōu)良的性能。
起球性能將細(xì)紗A、B和C針織成袖子，然后染色并用Random Tumble PillTest(ASTM D-3512(有一點(diǎn)不同即邊緣不粘合)檢測(cè)其起球性能，全部采用常規(guī)技術(shù)。用煮染(boil dyeing)和高壓染色測(cè)試織物。表3列出了所測(cè)各織物的測(cè)試結(jié)果。在三個(gè)時(shí)間點(diǎn)(30、60和90分鐘)表示第一次測(cè)試的結(jié)果。所公布的值以1-5等級(jí)為基礎(chǔ)，5是最好的起球性能，1是最差的起球性能。在煮沸時(shí)進(jìn)行染色的情況下，由紗線A針織而成的織物的表現(xiàn)優(yōu)于由紗線B和C制成的織物。但是，當(dāng)進(jìn)行高壓染色時(shí)，由紗線B制成的織物的表現(xiàn)優(yōu)于另外兩種。因此，總的來(lái)說(shuō)，由紗線A和B制成的織物優(yōu)于由紗線C制成的織物。
表3中還列出了上染率測(cè)試的結(jié)果。由細(xì)紗A和B針織而成的織物上染率超過(guò)300％，而由細(xì)紗C針織而成的織物的上染率僅為100％。
表3-針織織物性能
注意到由本發(fā)明紗線制成的織物的另一個(gè)不同之處在于盡管LRV增加，但起球性能得到了意想不到的改進(jìn)。傳統(tǒng)的紗線具有相反的效果，即降低2GT聚合物的LRV通常導(dǎo)致更好的起球性能。相反，用細(xì)紗A和B制成的織物的聚合物L(fēng)RV比由傳統(tǒng)紗線細(xì)紗C制成的織物大50％以上，而細(xì)紗A和B具有200％的更好起球性能。
芯吸性能然后評(píng)估針織織物的水分芯吸性。通過(guò)測(cè)試作為時(shí)間函數(shù)的芯吸高度來(lái)進(jìn)行。
表4-芯吸性能
如表4所示，當(dāng)與由細(xì)紗C針織而成的織物相比時(shí)，由細(xì)紗A和B針織而成的織物顯示出超強(qiáng)的芯吸性能。
實(shí)施例2在本實(shí)施例中，用常規(guī)熔體擠出機(jī)在265℃的紡絲箱體溫度下由薄片紡織具有四槽橫截面的聚對(duì)苯二甲酸亞丙基酯纖維。用具有1054個(gè)噴絲孔的噴絲頭以約70pph(31.75kg/h)的速度擠出纖維，紡絲速度近似于實(shí)施例1。然后用常規(guī)聚酯短纖拉伸設(shè)備對(duì)紡成的纖維進(jìn)行拉伸，得到下述紗線。
表5拉伸比1.5拉伸浴溫85℃松弛溫度＝100℃(8分鐘停留時(shí)間)短纖維dpf＝1.5卷曲機(jī)蒸汽壓力＝14psig模量＝16.5g/旦強(qiáng)度3.1g/旦(2.74cN/分特)伸長(zhǎng)＝64.3％卷縮＝26％然后測(cè)試芯吸性能，結(jié)果列在表6中。
表6-芯吸性能
本表再次表明3GT四槽短纖維具有優(yōu)良的芯吸性能。
實(shí)施例3本實(shí)施例闡述對(duì)于在一系列加工條件下制得的具有荷葉邊橢圓形橫截面短纖維的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案。
將特性粘度(IV)1.04的聚對(duì)苯二甲酸亞丙基酯用被加熱至175℃的惰性氣體干燥，然后通過(guò)設(shè)計(jì)用來(lái)賦予荷葉邊橢圓形橫截面的1054孔噴絲頭將其熔紡成未拉伸短纖絲束。將紡絲箱體(spin block)和傳輸管線溫度保持在254℃。在噴絲頭的出口處，通過(guò)常規(guī)橫流空氣使絲條驟冷。將紡絲油劑應(yīng)用于被驟冷的絲束，并以1500碼/分鐘(1370米/分鐘)的速度卷繞。測(cè)定在該步驟收集的未拉伸絲束，其為2.44dpf(2.68分特)，斷裂伸長(zhǎng)為165％，強(qiáng)度為2.13g/旦(1.88cN/分特)。將上述絲束產(chǎn)品拉伸，并任選在下述一系列條件下進(jìn)行熱處理、卷曲和松弛，所述一系列條件是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的所有實(shí)施例。
實(shí)施例3A該實(shí)施例用兩步拉伸-松弛工序加工所述絲束。將第一輥和最后一輥之間的總拉伸比設(shè)定在1.97，通過(guò)兩步拉伸法拉伸絲束產(chǎn)品。在該兩步法中，在第一步驟中在室溫下進(jìn)行總拉伸的80-90％，然后在將纖維浸沒(méi)于設(shè)定在90-100℃的常壓蒸汽室中的同時(shí)進(jìn)行剩下的10-20％的拉伸。在將絲束送入常規(guī)填塞箱式卷曲機(jī)的同時(shí)連續(xù)保持絲束線的張力。在卷曲加工期間還將常壓蒸汽應(yīng)用于絲束帶。卷曲之后，使絲束帶在加熱至60℃的履帶式烘箱中進(jìn)行松弛，在烘箱內(nèi)的停留時(shí)間為6分鐘。將所得的絲束切成具有1.68dpf(1.85分特)的短纖維。雖然如上所述將拉伸比設(shè)定在1.97，但是未拉伸絲束(2.44dpf)到最終短纖形態(tài)(1.68dpf)的旦尼爾數(shù)的減少建議實(shí)際工藝的拉伸比為1.45。這一差別是由卷曲和松弛機(jī)步驟期間纖維的收縮和松弛所引起的。短纖材料的斷裂伸長(zhǎng)為68％，纖維強(qiáng)度為3.32g/旦(2.93cN/分特)。纖維的卷縮為29％，具有14個(gè)卷曲/英寸(5.5個(gè)卷曲/cm)。
實(shí)施例3B該實(shí)施例用兩步拉伸-熱處理-松弛工序加工所述絲束。除了在拉伸加工的第二步驟中用被加熱至65℃的水噴淋代替常壓蒸汽，并且在進(jìn)入卷曲步驟之前將絲束在張力下、105℃、一系列被加熱的輥上進(jìn)行熱處理外，對(duì)所述纖維進(jìn)行與實(shí)施例3A類似的加工。測(cè)定所得短纖維，其為1.65dpf(1.82分特)，斷裂伸長(zhǎng)為66％，纖維強(qiáng)度為3.34g/旦(2.95cN/分特)。纖維的卷縮為30％，具有13個(gè)卷曲/英寸(5.1個(gè)卷曲/cm)。
實(shí)施例3C該實(shí)施例用兩步拉伸-熱處理-松弛工序加工所述絲束。除將第一輥和最后一輥之間的總拉伸比設(shè)定為2.40，熱處理輥加熱至95℃，松弛機(jī)烘箱設(shè)定為70℃外，對(duì)所述纖維進(jìn)行與實(shí)施例3B類似的加工。測(cè)定所得短纖維，其為1.47dpf(1.62分特)，斷裂伸長(zhǎng)為56％，纖維強(qiáng)度為3.90g/旦(3.44cN/分特)。纖維的卷縮為28.5％，具有14個(gè)卷曲/英寸(5.5個(gè)卷曲/cm)。
實(shí)施例3C的纖維向短纖紗的轉(zhuǎn)變?cè)诒?中，將實(shí)施例3的纖維的物理特性與由聚對(duì)苯二甲酸亞丙基酯制成的商品DacronT-729W荷葉邊橢圓形橫截面纖維(E.I.duPont de Nemours and Company，Wilmington，Delaware)進(jìn)行比較。
表7
將實(shí)施例3C的短纖維切成1.5”，通過(guò)梳理、拉伸、粗紡的傳統(tǒng)工藝加工成短纖紗，并進(jìn)行環(huán)錠紡紗得到公稱棉支數(shù)為22/1(241.6旦尼爾)的紗線。制得的紗線如此處所述，歸納在表8中。
紗線E Dacron T-729WF 50％實(shí)施例3C，50％Dacron T-729WG 50％實(shí)施例3C，50％棉H 50％實(shí)施例3C，50％1.5旦尼爾LyocellI 50％實(shí)施例3C，50％1.2旦尼爾丙烯腈系短纖維J 實(shí)施例3C用Tensojet(Zellweger Uster Corp.)測(cè)試?yán)焯匦?斷裂伸長(zhǎng)、斷裂強(qiáng)度和強(qiáng)度)，并且表示在下表8中的各項(xiàng)所述特性均為2500次測(cè)量的平均值。用Uniformity 1-B測(cè)試機(jī)(Zellweger Uster Corp.)測(cè)定紗線CV(沿著紗線長(zhǎng)度的平均質(zhì)量變異系數(shù))。
表8
令人吃驚的是，按照本發(fā)明制造的細(xì)紗具有超過(guò)由2GT制成的紗線的伸長(zhǎng)。這由纖維的伸長(zhǎng)值(表7)與所述紗線的伸長(zhǎng)值(表8)的比較得到證明。當(dāng)自由短纖維的伸長(zhǎng)在2GT纖維的10％以內(nèi)時(shí)，由本發(fā)明短纖維制成的紗線的伸長(zhǎng)可以意外地增加55％。
將上面列出的細(xì)紗針織成織物，并用類似于實(shí)施例1的方式測(cè)試其抗起球性能。進(jìn)行等級(jí)評(píng)定，1等于嚴(yán)重起球，5等于無(wú)起球的表面。
表9
一個(gè)令人吃驚的結(jié)果是相對(duì)于2GT E本發(fā)明的J項(xiàng)的得到改進(jìn)的起球性能。還令人吃驚之處在于本發(fā)明J項(xiàng)在40分鐘翻轉(zhuǎn)時(shí)間的起球等級(jí)相對(duì)于20分鐘翻轉(zhuǎn)時(shí)間的起球等級(jí)的增加。這與本發(fā)明纖維的獨(dú)特性質(zhì)相一致，即其表現(xiàn)出降低的形成緊的、黏著力強(qiáng)的球粒的趨勢(shì)，這是2GT纖維通常所表現(xiàn)出的，例如E項(xiàng)。
本發(fā)明的實(shí)施方案的上述公開(kāi)是為了說(shuō)明和描述。并未全部闡述各種形態(tài)或者說(shuō)把本發(fā)明限定于確定的形態(tài)。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，從上述公開(kāi)可知，可以對(duì)所述實(shí)施方案進(jìn)行許多變動(dòng)和修正。本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求
書及其等價(jià)物限定。
權(quán)利要求
1.一種具有四槽橫截面的聚對(duì)苯二甲酸亞丙基酯短纖維。
2.權(quán)利要求
1的短纖維，其中所述四槽橫截面進(jìn)一步包括具有凹槽的荷葉邊橢圓形狀。
3.權(quán)利要求
1或2的短纖維，其中所述纖維是通過(guò)包括下述各步的工藝制成的(a)提供聚對(duì)苯二甲酸亞丙基酯；(b)在245-285℃的溫度下將熔融聚對(duì)苯二甲酸亞丙基酯通過(guò)一個(gè)具有多簇3噴絲孔的噴絲頭熔紡成長(zhǎng)絲，所述噴絲孔的形狀選自鉆石形和圓形，每簇噴絲孔中噴絲孔相互靠近，以其最長(zhǎng)向互相平行的方式成行排列，中間的噴絲孔的尺寸比兩端的噴絲孔的尺寸大，以及任選噴絲孔之間以垂直于中間的噴絲孔的最長(zhǎng)尺寸的槽互相連接；(c)使長(zhǎng)絲驟冷；(d)拉伸驟冷后的長(zhǎng)絲；(e)用機(jī)械卷曲機(jī)對(duì)經(jīng)拉伸的長(zhǎng)絲進(jìn)行卷曲；(f)在50-120℃的溫度下對(duì)卷曲后的長(zhǎng)絲進(jìn)行松弛；(g)將經(jīng)松弛的長(zhǎng)絲切成長(zhǎng)度0.5-15cm的短纖維。
4.權(quán)利要求
3的短纖維，其中所述松弛在55℃或更高溫度下進(jìn)行。
5.權(quán)利要求
4的短纖維，其中所述松弛在60℃或更高溫度下進(jìn)行。
6.權(quán)利要求
3的短纖維，其中所述松弛在最高為105℃的溫度下進(jìn)行。
7.權(quán)利要求
6的短纖維，其中所述松弛在100℃以下進(jìn)行。
8.權(quán)利要求
6的短纖維，其中所述松弛在80℃以下進(jìn)行。
9.一種由權(quán)利要求
1-8中任一項(xiàng)的聚對(duì)苯二甲酸亞丙基酯纖維制成的紗線。
10.一種由權(quán)利要求
9的紗線制成的織物。
11.權(quán)利要求
10的織物，其特征在于上染率為至少300％。
12.權(quán)利要求
10或11的織物，其特征在于5分鐘后的芯吸高度為至少5.1cm。
13.權(quán)利要求
12的織物，其特征在于10分鐘后的芯吸高度為至少10.2cm。
14.權(quán)利要求
12的織物，其特征在于30分鐘后的芯吸高度為至少12.7cm。
15.一種填充用纖維網(wǎng)狀物或絮墊，它包含權(quán)利要求
1-8中任一項(xiàng)的纖維。
16.一種制造權(quán)利要求
1-3中任一項(xiàng)的聚對(duì)苯二甲酸亞丙基酯短纖維的方法，該方法包括(a)提供聚對(duì)苯二甲酸亞丙基酯；(b)在245-285℃的溫度下將熔融聚對(duì)苯二甲酸亞丙基酯通過(guò)一個(gè)具有多簇3噴絲孔的噴絲頭熔紡成長(zhǎng)絲，所述噴絲孔的形狀選自鉆石形和圓形，每簇噴絲孔中噴絲孔相互靠近，以其最長(zhǎng)向互相平行的方式成行排列，中間的噴絲孔的尺寸比兩端的噴絲孔的大，以及任選噴絲孔之間以垂直于中間的噴絲孔的最長(zhǎng)尺寸的槽互相連接；(c)使長(zhǎng)絲驟冷；(d)拉伸驟冷后的長(zhǎng)絲；(e)用機(jī)械卷曲機(jī)對(duì)經(jīng)拉伸的長(zhǎng)絲進(jìn)行卷曲；(f)在50-120℃的溫度下對(duì)卷曲后的長(zhǎng)絲進(jìn)行松弛；(g)將經(jīng)松弛的長(zhǎng)絲切成長(zhǎng)度0.5-15cm的短纖維。
17.權(quán)利要求
16的方法，其中所述松弛在55℃或更高溫度下進(jìn)行。
18.權(quán)利要求
17的方法，其中所述松弛在60℃或更高溫度下進(jìn)行。
19.權(quán)利要求
16、17或18的方法，其中所述松弛在最高為105℃的溫度下進(jìn)行。
20.權(quán)利要求
19的方法，其中所述松弛在100℃以下進(jìn)行。
21.權(quán)利要求
19的方法，其中所述松弛在80℃以下進(jìn)行。
22.權(quán)利要求
16、17或18的方法，所述方法進(jìn)一步包括在卷曲之前對(duì)經(jīng)過(guò)拉伸的長(zhǎng)絲進(jìn)行熱處理。
23.權(quán)利要求
22的方法，其中所述熱處理包括在85℃-115℃的溫度下對(duì)經(jīng)過(guò)拉伸的長(zhǎng)絲進(jìn)行加熱。
24.權(quán)利要求
16、17或18的方法，所述方法是在卷曲之前不對(duì)經(jīng)過(guò)拉伸的長(zhǎng)絲進(jìn)行熱處理的情況下進(jìn)行的。
專利摘要
聚對(duì)苯二甲酸亞丙基酯四槽橫截面短纖維及其制造，以及由其制成的紗線、填充用纖維網(wǎng)狀物或絮墊和織物。
文檔編號(hào)D01F6/62GKCN1196819SQ01803555
公開(kāi)日2005年4月13日 申請(qǐng)日期2001年8月27日
發(fā)明者I·A·赫爾南德茲, G·D·希特帕斯, J·M·霍維爾, C·舒爾策 申請(qǐng)人:納幕爾杜邦公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan