專利名稱：聚對苯二甲酸亞丙基酯短纖維的制造方法以及聚對苯二甲酸亞丙基酯短纖維、紗線和織物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造適用于紗線和其它織物用途的聚對苯二甲酸亞丙基酯(“3GT”)卷曲短纖維，涉及短纖維，并涉及由所述短纖維制成的紗線和織物。
背景技術(shù)：
通常被稱作“聚對苯二甲酸亞烷基酯”的聚對苯二甲酸亞乙基酯(“2GT”)和聚對苯二甲酸亞丁基酯(“4GT”)是常見的商品聚酯。聚對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脂、薄膜和纖維。
由于近年來對生產(chǎn)聚合物主鏈單體成分之一的1，3-丙二醇(PDO)的低成本途徑的開發(fā)，使得聚對苯二甲酸亞丙基酯(“3GT”)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，長期以來一直希望它是纖維的形式。
在許多紡織品最終用途中，短纖維比連續(xù)長絲更為優(yōu)選。這些短纖維包括用于衣料、非織造材料、填充用纖維和棉絮的短纖紗(staplespun yarn)。適用于這些最終用途的短纖維的制造具有許多特殊問題，特別是在獲得下游操作如梳理所必需的令人滿意的纖維卷曲方面，在提供具有足夠韌性(斷裂強(qiáng)度和耐磨性)的纖維以生產(chǎn)具有足夠強(qiáng)度的用于服裝最終用途的針織品和機(jī)織品的短纖紗方面存在問題。在2GT(它是廣泛用于棉體系(cotton system)加工以及填充用纖維和非織造物用途的短纖維)的情況下，纖維生產(chǎn)者通過在聚合化學(xué)方面的改進(jìn)和優(yōu)化纖維生產(chǎn)解決了這些問題。這導(dǎo)致了修改的適于生產(chǎn)高性能2GT纖維的改進(jìn)的紡絲、拉伸和熱處理工藝。需要改進(jìn)的3GT短纖維工藝，所述工藝產(chǎn)生在采用梳理和扯松工藝的工廠中具有適當(dāng)?shù)募庸ば缘睦w維。在這幾年中所找到的對于2GT或4GT纖維的上述問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)。下面將進(jìn)一步描述在具有代表性的3GT短纖維紗紡絲工藝中對于修改的纖維特性的這些需要。
短纖維的下游操作通常是在棉體系設(shè)備上進(jìn)行的。該工藝包括幾個(gè)步驟，其中多個(gè)步驟是以高速進(jìn)行的，纖維經(jīng)受大量的磨損，要求纖維具有拉伸特性。例如，最初步驟是纖維開松，該步驟常常通過使纖維在自動傳送帶上翻滾來進(jìn)行，所述自動傳送帶具有數(shù)排尖頭的鋼齒，以便撕開和分離大團(tuán)的纖維。然后將開松的纖維通過強(qiáng)制風(fēng)傳送，之后通常是使之通過架空的管網(wǎng)或送料槽。送料槽送料至梳理機(jī)，梳理機(jī)是一個(gè)分離纖維并將纖維鋪展成片狀層的設(shè)備，然后以高速將纖維進(jìn)料至包含精梳齒的一系列輥中。然后將經(jīng)梳理的材料加工為網(wǎng)狀以制成非織造織物或用于填充用纖維用途，或者將其制成條子用于被紡成細(xì)紗。如果被制成條子，則隨后以高速進(jìn)行拉伸以提高均勻性。拉伸工藝一般使線密度(定義為重量/單位長度)降低5或6倍。然后將該熟條紡成紗線?？梢酝ㄟ^許多工業(yè)方法由熟條紡出短纖維紗。這些方法包括環(huán)錠紡紗、自由端紡紗、噴氣紡紗和渦流紡紗。所有這些方法都包括纖維的高速加捻、在最終紗線的卷繞期間紗線在張力下通過接觸表面(即導(dǎo)紗器和梭眼)。
在上述紡紗工藝中對于可接受的纖維有兩個(gè)主要標(biāo)準(zhǔn)。第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是纖維必需適于被制成具有優(yōu)選用于織物和服裝用途的細(xì)度的紗線。由于按照定義，短纖維紗是由一系列短的不連續(xù)的纖維僅僅通過加捻和纖維與纖維之間的摩擦而結(jié)合在一起的，在紡織紗線的截面上需要最少一定量的纖維(典型的為100-180根纖維)以向紗線提供強(qiáng)度和連續(xù)性。這具有限定纖維單絲旦數(shù)(dpf)范圍的效果，并將對于制造紡織紗線有用的旦尼爾實(shí)用范圍限定在大約3旦/單絲或以下。雖然原則上沒有下限，但是上述梳理工藝在低于大約0.8旦/單絲時(shí)不能適當(dāng)進(jìn)行，因此對于細(xì)紗而言總的實(shí)用旦尼爾范圍為約0.8-約3旦/單絲(約0.9-約3.3分特)。非織造物通常利用約1.5-約6dpf(約1.65-約6.6分特)的短纖維。在非紡織品用途如填充用纖維中需要較高旦尼爾的纖維，所述填充用纖維利用約0.8-約15dpf(約0.88-約16.5分特)的短纖維。
第二個(gè)條件是纖維必需具有一組嚴(yán)格的物理特性，以便以優(yōu)良的效果通過加工過程(最小的纖維損害、棉結(jié)形成和各種停機(jī))，同時(shí)制造用于所需紡織品最終用途的具有足夠強(qiáng)度的紗線、非織造織物或填充用纖維材料。對于短纖維紗來說，特別重要的是它們具有充分的強(qiáng)度以用于針織和機(jī)織，具有充分的均勻性以便在染色和整理期間不引起條痕和不勻。
對于含有合成纖維的細(xì)紗，一個(gè)最重要的參數(shù)是纖維強(qiáng)度(定義為強(qiáng)度(tenacity)或者斷裂強(qiáng)度的克/旦)。在低旦尼爾長絲如1-3旦/單絲的情況下尤其重要。在2GT的情況下，用低旦尼爾長絲可以獲得4-7克/旦(gpd)的纖維強(qiáng)度。但是，在3GT的情況下，在低旦尼爾范圍內(nèi)，一般強(qiáng)度低于3克/旦。這些僅具有幾克斷裂強(qiáng)度的纖維對于短纖維下游操作而言是不符合需要的。
需要強(qiáng)度大于3克/旦的3GT短纖維，該纖維能夠通過紡絲技術(shù)(如環(huán)錠紡紗、自由端紡紗、噴氣紡紗或渦流紡紗)被加工成可以接受的短纖維紗。另一個(gè)重要的特性是卷縮(crimp take-up)，該特性對于短纖維的加工以及對于由該短纖維制成的紡織品和填充用纖維產(chǎn)品的性能都是重要的。卷縮衡量由機(jī)械卷曲加工所賦予纖維的彈性，并由此影響其操作特性如下游操作。
雖然3GT的商業(yè)可獲得性是相對較新的，但對其的研究已經(jīng)進(jìn)行了相當(dāng)長的一段時(shí)間。例如，英國專利說明書1 254 826號描述了包括3GT長絲和短纖的聚亞烷基長絲、短纖和紗線。焦點(diǎn)集中在地毯絨和填充用纖維上。實(shí)施例1的方法被用于制造3GT纖維。它描述了將長絲束通入填塞箱式卷曲機(jī)中，通過在大約150℃的溫度下經(jīng)18分鐘來對絲束形式的經(jīng)卷曲產(chǎn)品進(jìn)行熱定形，并將熱定形絲束切成6英寸的短纖長度。
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絲和短纖在90-200℃進(jìn)行熱處理。該文獻(xiàn)沒有提及制造高強(qiáng)度卷曲3GT短纖維的方法。
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)沒有提及制造高強(qiáng)度卷曲3GT短纖維的方法。
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(yarn-spinning take-up)速度對3GT進(jìn)行紡絲。拉伸之后，將纖維用液體浴在150℃進(jìn)行5分鐘的定長熱處理。然后，將其卷曲并切斷。加工實(shí)施例2對拉伸后的纖維應(yīng)用在200℃、為時(shí)3分鐘的干熱處理。
美國專利3,584,103號描述了一種對具有不對稱雙折射的3GT長絲進(jìn)行熔紡的方法。通過如下步驟制備3GT的螺旋狀卷曲紡織纖維對長絲進(jìn)行熔紡，使橫截面上具有不對稱雙折射；拉伸該長絲以定向其分子；將拉伸后的長絲在保持定長的情況下于100-190℃進(jìn)行熱處理；在高于45℃，優(yōu)選約140℃的松弛條件下對經(jīng)熱處理的長絲加熱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。
所有上述文獻(xiàn)都通過全文引用被結(jié)合在本文中以作參考。
所有這些文獻(xiàn)都沒有提及適于紡織應(yīng)用的3GT短纖維或者制造它們的方法。
發(fā)明簡述本發(fā)明涉及制造聚對苯二甲酸亞丙基酯短纖維的方法，該方法包括(a)提供聚對苯二甲酸亞丙基酯；(b)在245-285℃的溫度下將熔融聚對苯二甲酸亞丙基酯熔紡成長絲；(c)將長絲驟冷；(d)拉伸驟冷后的長絲；(e)在8-30個(gè)卷曲/英寸(3-12個(gè)卷曲/cm)的卷曲水平用機(jī)械卷曲機(jī)將經(jīng)拉伸的長絲卷曲；(f)在50-120℃的溫度下對卷曲后的長絲進(jìn)行松弛；和(g)將經(jīng)松弛的長絲切成長度約0.2-6英寸(約0.5-約15cm)的短纖維。
優(yōu)選松弛溫度為大約105℃或以下，更優(yōu)選為大約100℃或以下，最優(yōu)選為大約80℃或以下。優(yōu)選松弛溫度為大約55℃或以上，更優(yōu)選為大約60℃或以上。
優(yōu)選通過在不受約束的條件下加熱卷曲后的長絲來實(shí)施松弛。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，卷曲之前，在85-115℃對拉伸后的長絲進(jìn)行熱處理。優(yōu)選在張力下用經(jīng)加熱的輥實(shí)施熱處理。優(yōu)選所得的短纖維具有至少4.0克/旦(3.53cN/分特)或更高的強(qiáng)度。優(yōu)選所得短纖維具有55％或更小的伸長。
優(yōu)選短纖維為0.8-6旦/單絲。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，短纖維為0.8-3旦/單絲。
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％。
在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述工藝在無熱處理情況下進(jìn)行。優(yōu)選所得短纖維具有至少3.5克/旦(3.1cN/分特)的強(qiáng)度。
本發(fā)明也涉及在無熱處理情況下制備的0.8-3旦/單絲的聚對苯二甲酸亞丙基酯短纖維，該短纖維具有大約0.2-6英寸(約0.5-約15cm)的長度、3.5克/旦(3.1cN/分特)或更高的強(qiáng)度、10-60％的卷縮，每英寸有8-30個(gè)卷曲(約3-約12個(gè)卷曲/cm)。
本發(fā)明還涉及0.8-3旦/單絲的聚對苯二甲酸亞丙基酯短纖維，該短纖維具有4.0克/旦(3.53cN/分特)或更高的強(qiáng)度。這種纖維可以具有最高至4.6克/旦(4.1cN/分特)或更高的強(qiáng)度。優(yōu)選它們具有55％或更小的伸長。
此外，本發(fā)明涉及紡織紗線和織物或非織造織物。所述纖維也可以用于填充用纖維用途。
使用本發(fā)明的方法，可以制備具有優(yōu)良強(qiáng)度、柔軟的織物手感、增加的纖維柔軟性、優(yōu)良水分傳遞特性、改進(jìn)的起球現(xiàn)象以及增強(qiáng)的拉伸和回復(fù)性能的短纖維和紗線。優(yōu)選的織物具有毛絨的球粒(與硬的球粒相對)，這導(dǎo)致較不明顯的起球感。
本發(fā)明還涉及本發(fā)明纖維與棉、2GT、尼龍、丙烯酸酯、聚對苯二甲酸亞丁基酯(4GT)以及其它纖維的摻混物。優(yōu)選的是含有選自棉、聚對苯二甲酸亞乙基酯、尼龍、丙烯酸酯和聚對苯二甲酸亞丁基酯纖維的紗線、非織造、機(jī)織和針織織物。
本發(fā)明還涉及制備具有符合需要的卷縮的聚對苯二甲酸亞丙基酯短纖維的方法，該方法包括(a)測定旦尼爾和卷縮之間的關(guān)系；(b)制造具有基于所述測定而選擇的旦尼爾的短纖維。
附圖簡述

圖1是一個(gè)散點(diǎn)圖，表示本發(fā)明纖維的卷縮和旦尼爾之間的關(guān)系，還表明在先有技術(shù)中已知的纖維不具備這種關(guān)系。
發(fā)明詳述本發(fā)明涉及一種制備經(jīng)拉伸、卷曲的短聚對苯二甲酸亞丙基酯纖維的方法。
在本發(fā)明中有用的聚對苯二甲酸亞丙基酯可以通過已知的制造技術(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、6,255,442、6,277,289、6,281,325和6,066,714號、EP 998 440、WO 00/58393、01/09073、01/09069、01/34693、00/14041、01/14450和98/57913，H.L.Traub，“Synthese undtextilchemische Eigenschaften des Poly-Trimethyleneterephthalats”，Dissertation Universitat Stuttgart(1994)，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。
所述適用于本發(fā)明的聚對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)特別有用的聚對苯二甲酸亞丙基酯均聚物的熔點(diǎn)為大約225-231℃。
可以使用先有技術(shù)中描述的關(guān)于聚酯纖維的常規(guī)技術(shù)和設(shè)備(優(yōu)選方法也描述在本文中)來實(shí)施紡絲。例如美國專利3,816,486和4,639,347號、英國專利說明書1 254 826號和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。
噴絲頭是用于傳統(tǒng)聚酯的常規(guī)噴絲頭類型，孔徑、排列和數(shù)目將取決于所需的纖維和紡絲設(shè)備。
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)?來實(shí)施驟冷?？梢允褂脵M流、放射狀或其它常規(guī)技術(shù)。本發(fā)明不使用美國專利3,584,103(結(jié)合在本文中以作參考)中所述的用于獲取不對稱雙折射纖維的不對稱驟冷或其它技術(shù)。
驟冷之后，通過標(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)上收集熔紡長絲。然后將幾個(gè)絲束條筒放在一起，由這些長絲形成一個(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)拉伸長絲。拉伸比優(yōu)選為約1.25-約4，更優(yōu)選1.25-2.5。優(yōu)選使用兩步拉伸來實(shí)施拉伸(參見例如美國專利3,816,486號，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、卷曲和松弛之前對纖維進(jìn)行熱處理。“熱處理”是指在張力下對拉伸后的纖維進(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。
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％。
本發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)降低松弛溫度對于獲得最大卷縮是很關(guān)鍵的。“松弛”是指將長絲在不受約束的條件下加熱，從而使長絲得以自由收縮。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)過烘箱。對本發(fā)明中有用的最低松弛溫度為40℃，若溫度過低，則無法在足夠時(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)過烘箱，或者以其它適于松弛和干燥纖維的速率經(jīng)過烘箱。
優(yōu)選在piddler條筒中收集長絲，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(3.81cm)?？梢詢?yōu)選不同的短纖長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)行加工并且對纖維無損害。通過拉伸和松弛但未經(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(斷裂伸長)來實(shí)現(xiàn)。
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。
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苯二甲酸亞丙基酯聚合物和用于聚對苯二甲酸亞丙基酯纖維的添加劑(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(antistaticagent)、熒光增白劑、補(bǔ)充劑、加工助劑和其它提高聚對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。無光聚合物優(yōu)選含有約2％重量，半無光聚合物優(yōu)選含有約0.3％重量。
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?？梢灾苽鋱A形纖維或其它形狀纖維。
最終用途如紗線和非織造材料通常是通過開包、任選將它們與其它短纖維混合，并對它們進(jìn)行梳理來制備的。在制造非織造物時(shí)，通過標(biāo)準(zhǔn)方法(例如熱粘合、針刺法、射流噴網(wǎng)法等)使纖維粘合。在制造紗線時(shí)，將經(jīng)過梳理的材料拉伸為條子并紡成紗線。然后將紗線針織或機(jī)織成織物。
實(shí)施例測量和單位此處討論的測量用傳統(tǒng)美國紡織單位(包括旦尼爾，這是一個(gè)公制單位)來進(jìn)行。為了滿足在別處指定的操作，將美國單位與圓括號內(nèi)的相應(yīng)公制單位一起公布在此。
如下測定纖維的具體性能。
相對粘度相對粘度(“LRV”)是溶解在HFIP溶劑(含有100ppm 98％試劑級別硫酸的六氟異丙醇)中的聚合物的粘度。粘度測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)的相對粘度是測定聚合物在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，隨后通過基于ASTM D 5225-92的自動化方法來確定特性粘度(IV)。
卷縮纖維回彈性的一種衡量是卷縮(“CTU”)，它測量在纖維中設(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度與展開纖維的長度聯(lián)系起來，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代表展開長度(在0.13±0.02克/旦(0.115±0.018dN/tex)的附加載荷下懸掛30秒的纖維)，L2代表卷曲長度(在第一次伸長之后，使之休息60秒，之后在無附加重量情況下懸掛的同一纖維的長度)。
對照實(shí)施例1本對照實(shí)施例以用典型的2GT條件加工聚對苯二甲酸亞乙基酯(“2GT”)為基礎(chǔ)。在297℃通過144孔噴絲頭、約16pph(7kg/h)以傳統(tǒng)方式熔融擠出21.6LRV薄片(紡絲速度為大約748ypm(684mpm))，并進(jìn)行整理，在紗管上收集紗線，從而制得單絲旦數(shù)為6(6.6分特)的圓形中空2GT纖維。將收集在所述紗管上的紗線合并成一個(gè)絲束，在主要為水的浴中用兩步法拉伸(參見例如美國專利3,816,486號)以常規(guī)方式在約100ypm(91mpm)對所述絲束進(jìn)行拉伸(含稀釋整理)。第一拉伸步驟在45℃的浴中將纖維拉伸大約1.5倍。接下來的大約2.2倍的拉伸在98℃的浴中進(jìn)行。然后以常規(guī)方式用傳統(tǒng)機(jī)械短纖卷曲機(jī)在蒸汽輔助下對纖維進(jìn)行卷曲。用兩種不同的卷曲度和兩種不同的蒸汽含量卷曲纖維。然后在180℃以常規(guī)方式使纖維松弛。卷曲之后測量卷縮(“CTU”)，結(jié)果列在表1中。
表1-180℃松弛溫度對2GT的影響
實(shí)施例1(對照-高溫松弛機(jī)條件)本實(shí)施例說明當(dāng)用高松弛溫度制備短纖維時(shí)，由3GT制成的短纖維具有明顯比2GT短纖維差的質(zhì)量。除了由于與2GT的熔點(diǎn)不同，因而在265℃擠出3GT纖維外，采用與對照實(shí)施例相同的加工條件制造單絲旦數(shù)為6(6.6分特)的圓形中空3GT纖維。第一拉伸步驟使纖維伸長大約1.2倍。卷曲之后測量3GT纖維的卷縮，結(jié)果列在表2中。
表2-180℃松弛溫度對3GT的影響
比較表1和表2的結(jié)果，可以容易地看出在近似的短纖加工條件下，在高松弛溫度制得的3GT纖維具有比2GT纖維低得多的回彈性和機(jī)械強(qiáng)度。這些特性對于許多短纖產(chǎn)品都是必需的，因此使得上述3GT結(jié)果通常勉強(qiáng)夠格或者說不令人滿意。
對照實(shí)施例2本對照實(shí)施例以使用本發(fā)明的用于3GT的加工條件加工2GT為基礎(chǔ)。
在本實(shí)施例中，通過363孔噴絲頭、約92pph(42kg/h)在280℃以及約900ypm(823mpm)的紡絲速度以傳統(tǒng)方式紡絲制得單絲旦數(shù)約為6(6.6分特)的2GT纖維，并將它們收集在紗管上。將收集在所述紗管上的紗線合并成一個(gè)絲束，在主要為水的浴中，用兩步法拉伸以常規(guī)方式在約100ypm(91mpm)對所述絲束進(jìn)行拉伸。第一拉伸步驟在40℃的浴中將纖維拉伸大約3.6倍。接下來大約1.1倍的拉伸在75℃的浴中進(jìn)行。然后以常規(guī)方式用傳統(tǒng)機(jī)械短纖卷曲機(jī)在蒸汽輔助下對纖維進(jìn)行卷曲。用大約15psi(103kPa)的蒸汽將纖維卷曲至大約12cpi(5c/cm)。然后在幾個(gè)溫度下以常規(guī)方式使纖維松弛。卷曲之后測量卷縮，結(jié)果列在表3中。
表3-低松弛溫度對12cpi(5c/cm)的2GT的影響
2GT顯示出當(dāng)以提高的松弛溫度下的卷縮來測量回彈性時(shí)，回彈性僅有輕微的降低。
實(shí)施例2在本實(shí)施例中，通過144孔噴絲頭、約14pph(6kg/h)在265℃以傳統(tǒng)方式熔融擠出薄片(紡絲速度為大約550ypm(503mpm))，并進(jìn)行整理，在紗管上收集紗線，從而制得單絲旦數(shù)為4.0(4.4分特)的圓形3GT纖維。將紗線合并成一個(gè)絲束，在主要為水的浴中，用兩步法拉伸以常規(guī)方式在約100ypm(91mpm)對所述絲束進(jìn)行拉伸。第一拉伸步驟在45℃的主要為水的浴中將纖維拉伸大約3.6倍。接下來大約1.1倍的拉伸在75℃或98℃的浴中進(jìn)行。然后以常規(guī)方式用傳統(tǒng)機(jī)械短纖卷曲機(jī)在蒸汽輔助下對纖維進(jìn)行卷曲。用大約15psi(103kPa)的蒸汽將纖維卷曲至大約12cpi(5c/cm)。然后在幾個(gè)溫度下以常規(guī)方式使纖維松弛。卷曲之后測量卷縮，結(jié)果列在下表4中。
表4-低松弛溫度對12cpi(5c/cm)的3GT的影響
通過卷縮測定并且列在表4中的3GT的回彈性隨松弛溫度的升高快速降低。這一表現(xiàn)意外地不同于表3中所示2GT的表現(xiàn)，2GT隨松弛溫度的升高其回彈性僅稍微降低。這一令人吃驚的結(jié)果甚至在對第二拉伸步驟使用98℃的浴溫時(shí)仍然重復(fù)出現(xiàn)，如表4所示。本實(shí)施例還顯示依照本發(fā)明的更優(yōu)選的松弛溫度制得的3GT纖維具有超過2GT纖維的更優(yōu)良特性。
實(shí)施例3本發(fā)明證明了當(dāng)改變單絲旦數(shù)時(shí)所發(fā)現(xiàn)的另一個(gè)令人吃驚的關(guān)于本發(fā)明3GT纖維的相關(guān)性。以類似于前述實(shí)施例的方式制造不同旦數(shù)和橫截面的3GT纖維。用下表5中所列的結(jié)果衡量纖維的回彈性即卷縮。用硅氧烷光滑劑(slickener)處理纖維，如美國專利4,725,635號(其被結(jié)合在本文中以作參考)中所述，當(dāng)從絲束中除去水分后保持至少4分鐘時(shí)，所述硅氧烷光滑劑在170℃固化。在170℃纖維的卷縮非常低。為了制造光滑的纖維，可以將短纖維在100℃保持8小時(shí)以固化硅氧烷光滑整理劑(slickener finish)。
表5-單絲旦數(shù)對3GT的影響
如表5所示，單絲的旦數(shù)對在每旦尼爾恒定負(fù)荷下伸長后的回復(fù)具有直接的影響，所述回復(fù)是由長絲的機(jī)械卷曲賦予的。隨著旦尼爾增加，回復(fù)即卷縮也隨之增加。對2GT的類似試驗(yàn)顯示旦尼爾的改變對回復(fù)只有很小影響。這一意外的結(jié)果在圖1中得到更好的說明。圖1繪制出了三種不同類型纖維的的卷縮相對于單絲旦數(shù)的關(guān)系。纖維A是可以買到的2GT纖維。纖維B是根據(jù)本發(fā)明制得的纖維，詳見表5。
從圖1可以看出，對于2GT纖維，隨著單絲旦數(shù)增加，回復(fù)有少量或沒有變化。另一方面，對于本發(fā)明的3GT纖維，隨著單絲旦數(shù)增加，回復(fù)呈線性增加。
實(shí)施例4本實(shí)施例闡述對于在一系列加工條件下制得的中等旦尼爾圓形截面短纖維的本發(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，然后通過設(shè)計(jì)用來賦予圓截面的741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1400碼/分鐘(1280米/分鐘)的速度卷繞。測定在該步驟收集的未拉伸絲束，其為5.42dpf(5.96分特)，斷裂伸長為238％，強(qiáng)度為1.93g/旦(1.7cN/分特)。將上述絲束產(chǎn)品拉伸，并任選在下述具體條件下進(jìn)行熱處理、卷曲和松弛。
實(shí)施例4A用兩步拉伸-松弛工序加工該絲束。將第一輥和最后一輥之間的總拉伸比設(shè)定在2.10，通過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％，然后在將纖維浸沒于設(shè)定在90-100℃的常壓蒸汽中的同時(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56℃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3.17dpf(3.49分特)的短纖維。雖然如上所述將拉伸比設(shè)定在2.10，但是未拉伸絲束(5.42dpf)到最終短纖形態(tài)(3.17dpf)的旦尼爾數(shù)的減少建議實(shí)際工藝的拉伸比為1.71。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為87％，纖維強(qiáng)度為3.22g/旦(2.84cN/分特)。纖維的卷縮為32％，具有10個(gè)卷曲/英寸(3.9個(gè)卷曲/cm)。
實(shí)施例4B用一步拉伸-松弛工序加工該絲束。除進(jìn)行下述修改外，對所述絲束產(chǎn)品進(jìn)行與實(shí)施例4A類似的處理。在將纖維浸沒于90-100℃的常壓蒸汽中的同時(shí)，在一個(gè)單一步驟中進(jìn)行拉伸工藝。測定所得短纖維，其為3.21dpf(3.53分特)，斷裂伸長為88％，纖維強(qiáng)度為3.03g/旦(2.7cN/分特)。纖維的卷縮為32％，具有10個(gè)卷曲/英寸(3.9個(gè)卷曲/cm)。
實(shí)施例4C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、110℃、一系列被加熱的輥上進(jìn)行熱處理外，對絲束產(chǎn)品進(jìn)行與實(shí)施例4A類似的拉伸加工。將松弛機(jī)烘箱設(shè)定在55℃。測定所得短纖維，其為3.28dpf(3.61分特)，斷裂伸長為86％，纖維強(qiáng)度為3.10g/旦(2.74cN/分特)。纖維的卷縮為32％，具有10個(gè)卷曲/英寸(3.9個(gè)卷曲/cm)。
實(shí)施例4D用兩步拉伸-熱處理-松弛工序加工所述絲束。除進(jìn)行下述修改外，對絲束產(chǎn)品進(jìn)行與實(shí)施例4C類似的拉伸加工?？偫毂仍O(shè)定為2.52。熱處理溫度設(shè)定為95℃，松弛機(jī)烘箱設(shè)定為65℃。測定所得短纖維，其為2.62dpf(2.88分特)，斷裂伸長為67％，纖維強(qiáng)度為3.90g/旦(3.44cN/分特)。纖維的卷縮為31％，具有13個(gè)卷曲/英寸(5.1個(gè)卷曲/cm)。
實(shí)施例5本實(shí)施例闡述對于低旦尼爾圓形截面短纖維的本發(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，然后通過設(shè)計(jì)用來賦予圓截面的900孔噴絲頭將其熔紡成未拉伸短纖絲束。將紡絲箱體和傳輸管線溫度保持在254℃。在噴絲頭的出口處，通過常規(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1600碼/分鐘(1460米/分鐘)的速度卷繞。測定在該步驟收集的未拉伸絲束，其為1.86dpf(2.05分特)，斷裂伸長為161％，強(qiáng)度為2.42g/旦(2.14cN/分特)。
用兩步拉伸-熱處理-松弛工序加工該絲束。將第一輥和最后一輥之間的總拉伸比設(shè)定在2.39，通過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％，然后在將纖維浸沒于被加熱至65℃的水噴淋中的同時(shí)進(jìn)行剩下的10-20％的拉伸。將絲束在張力下、一系列被加熱至95℃的熱輥上進(jìn)行熱處理。隨著絲束被送進(jìn)常規(guī)填塞箱式卷曲機(jī)中，使絲束線的張力連續(xù)保持。將常壓蒸汽在卷曲加工期間應(yīng)用于絲束帶。卷曲之后，使絲束帶在加熱至65℃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。測定所得短纖維，其為1.12 dpf(1.23分特)，斷裂伸長為48％，纖維強(qiáng)度為4.17g/旦(3.7cN/分特)。纖維的卷縮為35％，具有14個(gè)卷曲/英寸(5.5個(gè)卷曲/cm)。
實(shí)施例6本實(shí)施例闡述用一步拉伸-松弛工序制備非熱處理短纖維。
將含有0.27％TiO2、特性粘度1.04的聚對苯二甲酸亞丙基酯在140℃的惰性氣體中干燥，然后通過設(shè)計(jì)用來賦予圓形纖維截面的1176孔噴絲頭將其熔紡成未拉伸短纖絲束。將紡絲箱體和傳輸管線溫度保持在254℃。在噴絲頭的出口處，通過常規(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1400碼/分鐘的速度收集。測定在該步驟收集的未拉伸絲束，其為5.24dpf(5.76分特)，斷裂伸長為311％，強(qiáng)度為1.57g/旦(1.39cN/分特)。
將第一輥和最后一輥之間的總拉伸比設(shè)定在3.00，通過一步拉伸法拉伸絲束產(chǎn)品。拉伸之后使絲束線的張力連續(xù)保持，同時(shí)對絲束進(jìn)行98℃的水噴淋。然后將絲束送進(jìn)常規(guī)填塞箱式卷曲機(jī)中。將常壓蒸汽和稀釋纖維整理劑在卷曲加工期間應(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。在松弛機(jī)烘箱的出口處，將另外的稀釋整理劑應(yīng)用于纖維，然后將其送至容器并切成短纖。所得短纖材料的斷裂伸長為71.5％，纖維強(qiáng)度為3.74g/旦(3.30cN/分特)。纖維的卷縮為15，具有12個(gè)卷曲/英寸。
本發(fā)明的實(shí)施方案的上述公開是為了說明和描述。并未全部闡述各種形態(tài)或者說把本發(fā)明限定于確定的形態(tài)。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，從上述公開可知，可以對所述實(shí)施方案進(jìn)行許多變動和修正。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
1.一種制造聚對苯二甲酸亞丙基酯短纖維的方法，該方法包括(a)提供聚對苯二甲酸亞丙基酯；(b)在245-285℃的溫度下將熔融聚對苯二甲酸亞丙基酯熔紡成長絲；(c)將長絲驟冷；(d)拉伸驟冷后的長絲；(e)在8-30個(gè)卷曲/英寸(3-12個(gè)卷曲/cm)的卷曲水平用機(jī)械卷曲機(jī)將經(jīng)拉伸的長絲卷曲；(f)在50-120℃的溫度下對卷曲后的長絲進(jìn)行松弛；和(g)將經(jīng)松弛的長絲切成長度約0.2-6英寸(約0.5-約15cm)的短纖維。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述松弛溫度為約55-約105℃。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其中所述松弛是通過在不受約束的條件下加熱經(jīng)卷曲的長絲來進(jìn)行的。
4.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述短纖維為0.8-6旦/單絲。
5.權(quán)利要求4的方法，其中所述短纖維為0.8-3旦/單絲。
6.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中在卷曲之前在85-115℃對拉伸后的長絲進(jìn)行熱處理。
7.權(quán)利要求6的方法，其中所述熱處理是用被加熱的輥在張力下進(jìn)行的。
8.權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的方法，其中所述方法是在無熱處理情況下進(jìn)行的，并且所述短纖維的強(qiáng)度為至少3.5克/旦(3.1cN/分特)。
9.一種由權(quán)利要求8的方法制備的聚對苯二甲酸亞丙基酯短纖維，該短纖維的單絲旦數(shù)為0.8-3，具有大約0.2-6英寸(約0.5-約15cm)的長度、3.5克/旦(3.1cN/分特)或更高的強(qiáng)度、10-60％的卷縮，每英寸有8-30個(gè)卷曲(約3-約12個(gè)卷曲/cm)。
10.一種單絲旦數(shù)為0.8-3的聚對苯二甲酸亞丙基酯短纖維，該短纖維的強(qiáng)度為4.0克/旦(3.53cN/分特)或更高。
11.權(quán)利要求10的聚對苯二甲酸亞丙基酯短纖維，其中所述短纖維的伸長為55％或更少。
12.用權(quán)利要求9-11中任一項(xiàng)的纖維制備的紡織紗線。
13.用權(quán)利要求9-11中任一項(xiàng)的纖維制備的紡織或非織造織物。
14.權(quán)利要求13的紡織或非織造織物，它進(jìn)一步含有選自棉、聚對苯二甲酸亞乙基酯、尼龍、丙烯酸酯和聚對苯二甲酸亞丁基酯纖維的纖維。
15.一種制備具有所需卷縮的聚對苯二甲酸亞丙基酯短纖維的方法，該方法包括(a)測定旦尼爾和卷縮之間的關(guān)系；(b)制造具有基于所述測定而選擇的旦尼爾的短纖維。
全文摘要
一種制造聚對苯二甲酸亞丙基酯短纖維的方法，該方法包括(a)提供聚對苯二甲酸亞丙基酯，(b)在245－285℃的溫度下將熔融聚對苯二甲酸亞丙基酯熔紡成長絲，(c)將長絲驟冷，(d)拉伸驟冷后的長絲，(e)在8－30個(gè)卷曲/英寸(3－12個(gè)卷曲/cm)的卷曲水平用機(jī)械卷曲機(jī)將經(jīng)拉伸的長絲卷曲，(f)在50－120℃的溫度下對卷曲后的長絲進(jìn)行松弛，和(g)將經(jīng)松弛的長絲切成長度約0.2－6英寸(約0.5－約15cm)的短纖維；以及聚對苯二甲酸亞丙基酯短纖維、紗線和織物。另外，一種對聚對苯二甲酸亞丙基酯短纖維的卷縮進(jìn)行優(yōu)化的方法，該方法包括測定旦尼爾和卷縮之間的關(guān)系以及制造具有基于所述測定而選擇的旦尼爾的短纖維。
文檔編號D04H1/54GK1401019SQ01803553
公開日2003年3月5日 申請日期2001年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月12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 申請人:納幕爾杜邦公司