專利名稱：改良型低熔點(diǎn)復(fù)合纖維的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種低熔點(diǎn)為聚烯烴的皮芯層熱粘結(jié)復(fù)合纖維的制造方法。所謂低熔點(diǎn)即指皮層高聚物的熔點(diǎn)低于芯層高聚物的熔點(diǎn)。
眾所周知，低熔點(diǎn)熱粘結(jié)纖維是現(xiàn)代非織造布工業(yè)的原料，它只需加熱熔化即可粘結(jié)成布。其優(yōu)點(diǎn)是粘結(jié)迅速，性能穩(wěn)定，無需粘合劑，節(jié)省原料，降低能耗，減少污染等。
在非織造布工業(yè)上采用熱粘結(jié)纖維起始于70年代。首先開發(fā)的是不同組份的共聚酰胺(PA)纖維和聚酯(PET)纖維，如PA6/PA66，PA6/PA612/PA12，聚酯類纖維最典型的是以芳香族二元酸(如對苯二元酸)為主，脂肪族二元酸(如己二酸)為輔與乙二醇按比例直接縮聚成酯，再與乙二醇交換而最終制得的聚酯纖維。這些種類的粘結(jié)纖維，不僅工業(yè)化流程復(fù)雜，產(chǎn)品價格昂貴，而且在使用中要求被粘結(jié)材料具有相似的化學(xué)結(jié)構(gòu)及溶解度參數(shù)等，否則粘結(jié)性很差。因此，使用受到嚴(yán)格限制。
與此同時，歐美一些非織造布工業(yè)采用丙綸或乙綸作粘結(jié)纖維，但純組份纖維在熱加工時易被全部融熔而發(fā)生樹脂化，形成塊狀結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重影響產(chǎn)品手感、膨松性、抗張強(qiáng)度和均勻性。1977年，日本窒素公司研制成功烯烴類雙組份復(fù)合纖維，牌號有Panarion，Es和Ea，其品種多達(dá)10余種。然而在工業(yè)化過程中，始終存在著加工性和使用性兩者相互對立，彼此消長的矛盾(如表1所列)，參見日本JK62-69822，JP63-3968，JK62-69882號專利。
表1 日本窒素公司ES纖維比較
表1中PP為聚丙烯，PE-H、PE-M、PE-L分別為高、中、低三種密度聚乙烯，EVA為乙烯與醋酸乙烯共聚物，EPR為丙烯、丁烯-1和乙烯的三元共聚物。
本發(fā)明的目的，就是針對現(xiàn)有技術(shù)存在相互消長的缺點(diǎn)，從原料到成品的加工全過程進(jìn)行綜合設(shè)計，提供一種工業(yè)化實施的最佳方案和技術(shù)。
本發(fā)明要點(diǎn)闡述。它包括纖維的分子鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計和制備加工，其特征是采用具有低熔點(diǎn)、粘結(jié)性、可紡性三重特性原料，以及采用同心或偏心皮芯結(jié)構(gòu)的雙組分纖維的生產(chǎn)設(shè)備和工藝流程。
本發(fā)明要點(diǎn)之一是低熔點(diǎn)的高聚物設(shè)計。眾所周知，高聚物熔點(diǎn)(Tm)取決于熔融熱(△Hm)和熔融熵(△S)，其關(guān)系式為Tm＝△Hm/△Sm-(1)由式(1)可知，其中△Hm和△Sm，分別表示大分子間作用力和分子鏈的柔性，兩者均與分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。本發(fā)明選擇不同極性高聚物來減少△Hm，引入醋酸乙烯酯等共聚物來增大△Sm，其結(jié)果如表2列。
表2 不同分子鏈結(jié)構(gòu)聚烯烴的熔點(diǎn) 上表中PE-LL表示線性低密度聚乙烯，PE-EE表示聚乙烯丙酸乙酯。
復(fù)合纖維高聚物低熔點(diǎn)的設(shè)計，還應(yīng)同時考慮另一組分(芯)的熔點(diǎn)，試驗表明，通常兩者相差20℃～30℃之間。否則或影響纖維的加工性和性能指標(biāo)，或無法復(fù)合。
本發(fā)明的要點(diǎn)之二是賦予高聚物良好的可紡性，這是實施本發(fā)明的關(guān)鍵之一。試驗表明，可紡性主要依賴于高聚物的分子鏈結(jié)構(gòu)，其表征參數(shù)是熔體流動速率(MFR)，包括粘度、活化能、非牛頓指數(shù)。其相互關(guān)系如表3所列。
表3 PF/PE纖維結(jié)構(gòu)與可紡性關(guān)系
上表中PE-E為聚乙烯醋酸乙酯，其他英文縮寫參見表1。
由表3可見，線型分子鏈結(jié)構(gòu)的可紡性最好，表現(xiàn)在熔體粘流活化能低、非牛頓指數(shù)高、熔體流變性好。
為了解決低熔點(diǎn)、粘結(jié)性和可紡性三者間的矛盾，本發(fā)明將長支鏈或短支鏈的聚烯烴摻入線性聚烯烴進(jìn)行共混紡絲。其比例一般在1至0.3之間，最好為0.7～0.5。
本發(fā)明的要點(diǎn)之三是具有偏心結(jié)構(gòu)的纖維斷面形態(tài)的設(shè)計。復(fù)合纖維的斷面形態(tài)通常有并列型和皮芯型兩種，對本發(fā)明的產(chǎn)品來說，前者在拉伸、熱處理過程中，易產(chǎn)生剝離和應(yīng)力差、收縮差，導(dǎo)致形成纖維三維螺旋結(jié)構(gòu)，后者可能產(chǎn)生多種不同斷面形態(tài)的皮芯結(jié)構(gòu)。
表4 纖維斷面結(jié)構(gòu)與性能間的關(guān)系 從粘結(jié)性來看，表4中低熔點(diǎn)組分截面圓周率最好在65～95%。
除了設(shè)備條件之外，高低熔點(diǎn)組分的熔體流動速度MFR之比是影響截面形態(tài)的主要因素。由于熔體細(xì)流表面張力作用和壓力分配關(guān)系，纖維皮層組分的MFR′接近或高于芯層組分的MFR，否則傾向于并列型。
從本發(fā)明來看，纖維皮層與芯層的熔體流動速率之比(MFR′/MFR)一般為0.6～5(參見表5) 本發(fā)明要點(diǎn)之四在于皮層添加劑乙烯、丁二烯與苯乙烯共混物(EBS)的配比。
低熔點(diǎn)復(fù)合纖維表面摩擦系數(shù)及抗靜電能力的大小直接關(guān)系到后加工和使用性能。因此本發(fā)明在皮層高聚物中加入定量的添加物以改善其性能(如下表6所列)。
表6 添加劑對皮層性能影響 由表可見，加入添加劑后各項摩擦系數(shù)和抗靜電性能均有不同程度改善，不僅滿足后加工梳毛等工序要求，而且有利于改善皮層的流變性和皮、芯斷面的形成。
本發(fā)明采用添加劑為乙烯、丁二烯與苯乙烯共混物(EBS)，其比例一般控制在0.002～0.0001。
本發(fā)明要點(diǎn)之五在于紡絲成形條件。其特征參數(shù)是風(fēng)溫和風(fēng)速。兩者偏高、偏快或偏低、偏慢均易造成紡絲、拉伸及后加工困難，如偏高偏快則皮芯結(jié)構(gòu)的纖維聚冷發(fā)硬，拉伸困難;如偏低偏慢則冷卻緩慢，皮層結(jié)晶速率快，而芯層易產(chǎn)生穩(wěn)定的單斜晶體，這兩種現(xiàn)象都造成分子間引力增大，影響纖維拉伸和后加工性能(如表7和表8所列)表7 不同風(fēng)溫時纖維的加工性能
由表7和表8可見，風(fēng)溫一般控制在8～20℃之間，風(fēng)速一般為0.1～1.0米/秒。
本發(fā)明要點(diǎn)之六在于利用通常的復(fù)合(同心或偏心皮芯結(jié)構(gòu)雙組分纖維)紡絲設(shè)備，所述設(shè)備噴絲板組件的關(guān)鍵在于復(fù)合板芯層導(dǎo)管與皮層板導(dǎo)孔的相嵌部位，一般距皮層導(dǎo)孔平面±3mm，否則會導(dǎo)致纖維截面變化(見表9)。
表9 噴絲板芯層導(dǎo)管位置與制得纖維的截面形態(tài) 附圖
為紡絲機(jī)噴絲板復(fù)合部位的幾何尺寸圖。圖中芯層導(dǎo)管1嵌入皮層導(dǎo)孔2，導(dǎo)孔2平面有錐形傾角，大小為60°～120°，具體尺寸可按加工方便而定，深度為3mm左右，芯層導(dǎo)管1和皮層導(dǎo)孔2內(nèi)兩種不同的料(熔體細(xì)流)在此部位復(fù)合后沿噴絲孔壓出。
本發(fā)明實施由以下實例給出實例1在Vc406型復(fù)合紡絲機(jī)上，以PP和PET為芯層，以PE-H為皮層，其工藝參數(shù)和纖維指標(biāo)列于表10。


權(quán)利要求
1.一種改良型低熔點(diǎn)聚烯烴熱粘結(jié)復(fù)合纖維的制造方法，它包括纖維的分子鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計和加工，其特征是選用兼有低熔點(diǎn)性、粘結(jié)性、可紡性三種特性的原料，以及利用具有同心或偏心皮芯結(jié)構(gòu)雙組分纖維的紡絲設(shè)備和工藝流程。
2.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于纖維皮層的熔點(diǎn)比芯層的熔點(diǎn)相差25±5℃，皮層熔點(diǎn)范圍在70～150℃之間。
3.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于纖維截面的偏心或同心結(jié)構(gòu)的特征參數(shù)是皮層和芯層兩組分的熔體流動速率之比(MFR′/MFR)控制在0.6～5。
4.如權(quán)利要3所述的制造方法，其特征在于皮層組分的斷面圓周率為65%～95%。
5.如權(quán)利要求1或3所述的制造方法，其特征在于所述紡絲設(shè)備的復(fù)合噴絲板芯層導(dǎo)管嵌入皮層板導(dǎo)孔部位，應(yīng)位于導(dǎo)孔平面±3mm。
6.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于皮層高聚物中添加劑乙烯、丁二烯與苯乙烯共混物(EBS)的配比為0.002～0.0001。
7.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于紡絲成形冷卻條件，風(fēng)溫控制范圍8℃～20℃，風(fēng)速控制范圍為0.1～1.0米/秒。
全文摘要
本發(fā)明提供一種改良型的低熔點(diǎn)聚烯烴熱粘結(jié)纖維的制造方法，其特征是采用兼有熔點(diǎn)低、粘結(jié)性強(qiáng)、可紡性好的三重特性原料，以及具有偏心或同心結(jié)構(gòu)的雙組分纖維生產(chǎn)設(shè)備和工藝流程。因此，其產(chǎn)品是一種只需熱軋即可粘合的主體纖維，它具有粘結(jié)迅速、加工方便、性能穩(wěn)定、節(jié)約原料、降低能耗、無三廢污染等優(yōu)點(diǎn)，且在常規(guī)滌綸紡絲設(shè)備上略加改造即可實施。
文檔編號D01D5/34GK1105399SQ94112010
公開日1995年7月19日 申請日期1994年1月14日 優(yōu)先權(quán)日1994年1月14日
發(fā)明者余榮華, 王顯樓, 余鴻鈞, 何永明 申請人:上海市合成纖維研究所