專利名稱：自定形紗的制作方法
本申請要求下述在先申請作優(yōu)先權(quán)，美國在先申請No.60/067,288，申請日1997.12.5；美國在先申請No.60/096,844，申請日1998.8.18，美國在先申請No.60/096,845，申請日1998.8.18。
本發(fā)明涉及經(jīng)過熱定形就表現(xiàn)出永久捻度的短纖維或長絲形式的纖維以及制造這樣的紗線的方法。
常規(guī)合股線是用短纖維紗線或長絲紗線制成。在由短纖維紗線制造合股線的時候，短纖維紗線必須經(jīng)過梳棉和拉伸過程，然后紡成單紗。通常通過捻合，兩根或多根單紗復(fù)合成合股線。在由復(fù)絲制造合股線的時候，兩根或多根單紗通常通過捻合復(fù)合成合股線。合股線(由復(fù)絲或紗線制造)可對單紗加捻或不加捻的情況下通過加捻兩根單紗直接制成。
在任何一種情況下，接著對合股線進行稱作熱定形的熱處理來使捻度永久地保留在單紗中。在制造傳統(tǒng)的合股線中，熱定形被認為是必不可少的過程。不經(jīng)過熱定形，合股線會在短切時(如制造短切合股地毯)在切口末端損失合股捻。合股捻的損失導(dǎo)致單紗(或單絲，如果紗是單股)彼此分離，顯著地降低磨損性能。此外，擠壓力，象腳的行走那樣的擠壓力，會引起單紗分散或變形，損失絨頭彈性，給地毯以磨損的外觀。
熱定形是一個勞力、能量和資金集中的過程。因此，熱定形將費用加入到制造方法中。熱定形的過程包括退繞要被熱定形的紗線，使紗線熱定形以及然后將其重繞。不但它是又一加工步驟，而且為熱定形步驟產(chǎn)生的熱也是昂貴的。此外，熱定形需要的設(shè)備也需要資金的投入。熱定形也會引起紗線的物理性能變差，例如可能是不均勻的收縮性、光澤、膨松性、染色性和其它性能。完全除掉熱定形的步驟，并且還在沒有這些缺點的情況下獲得由熱定形達到的好處(如固定捻度)，這是有益的。
在單紗中，經(jīng)過加捻但不經(jīng)過熱定形的常規(guī)紗線具有扭矩，如果釋放上面的張力會形成纏結(jié)的團，因此使之準以加工。對某些最終應(yīng)用來說，無扭矩的加捻單紗是有利的。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種不經(jīng)過熱定形就有捻度的單紗。
本發(fā)明的另一目的是提供一種不需要熱定形來保持絨頭完整性的加捻合股線。
本發(fā)明的又一目的是提供一種制造一種不經(jīng)過熱定形而定捻的纜線的制造方法。
本發(fā)明的又一目的是提供一種保持合適的膨松性的同時能具有高捻度的地毯紗。
本發(fā)明的又一目的是提供一種排除拉伸一卷曲變形和熱定形步驟的制造定捻纜線的方法。
本發(fā)明的又一目的是提供一種排除卷曲變形和熱定形步驟的制造定捻纜線的方法。
就象對于閱讀以下本發(fā)明的詳細敘述之后的普通技術(shù)人員是顯而易見的那樣，這些目的和相關(guān)的目的以及優(yōu)點，是用由至少一種紗線組成的自定形紗實現(xiàn)的，這種紗線由含有具有第一應(yīng)力松弛響應(yīng)的第一聚合物組分，和在軸向與此共伸長的具有第二應(yīng)力松弛響應(yīng)的第二聚合物組分的占多數(shù)的多組分纖維組成。第一聚合物組分和第二聚合物組分是以并排的或偏心皮/芯的形式排列。這種紗線的永久加捻度至少為1tpi，并且第一應(yīng)力松弛響應(yīng)和第二應(yīng)力松弛響應(yīng)應(yīng)足以不同到使該紗線在長度上至少減小10％。
該紗線優(yōu)選含有捻合在一起的至少兩股復(fù)絲。第一聚合物組分和第二聚合物組分都可以是相對粘度彼此不同的尼龍6聚合物。
本發(fā)明也是一種制備自定形紗的過程。該方法包括(a)捻合一種紗線的步驟，該紗線由含有具有第一應(yīng)力松弛響應(yīng)的第一聚合物組分，和在軸向與此共伸長的具有第二應(yīng)力松弛響應(yīng)的第二聚合物組分的占多數(shù)的多組分纖維組成，其中第一應(yīng)力松弛響應(yīng)和第二應(yīng)力松弛響應(yīng)足以不同到使該紗線在長度上至少減小10％，并且其中第一聚合物組分和第二聚合物組分是以并排的或偏心皮/芯的形式排列；(b)加捻后，使得到的加捻紗受力，受力后，使加捻的紗線松弛。紗線至少加捻到1tpi,并且加捻是優(yōu)選至少兩股復(fù)絲合股捻在一起。受力可以是熱應(yīng)力或機械應(yīng)力。
本發(fā)明的產(chǎn)品具有自定形性能，通過排除了熱定形和改善了紗線膨松性、染色性、外觀保持性和許多其它性能，這種產(chǎn)品提供了超過傳統(tǒng)產(chǎn)品的經(jīng)濟和物理性能的優(yōu)點。


圖1(a)-(b)表示現(xiàn)有技術(shù)中的熱定形的紗。圖1(a)是由圖1(b)的兩股熱定形紗線解捻的單紗。
圖1(c)-(d)表示熱定形以前的現(xiàn)有技術(shù)的紗。圖1(c)是由圖1(d)的兩股紗線解捻的單紗。
圖2表示用于本發(fā)明紗線的圓形纖維的截面。
圖3表示用于本發(fā)明紗線的多葉形纖維的截面。
圖4表示用于本發(fā)明紗線的三葉形纖維的截面。
圖5表示用于本發(fā)明紗線的三角形纖維的截面。
圖6表示用于本發(fā)明紗線的具有四個軸向中空的方形纖維的截面。
圖7(a)-(b)表示本發(fā)明的自定形紗。圖7(a)是由圖7(b)的兩股自定形紗線解捻的單紗。圖7(c)-(d)表示定形前的本發(fā)明能自定形的紗線。圖7(c)是由圖7(d)的兩股紗線解捻的單紗。
圖8A-8J是說明了對照樣品紗(圖8A和8B)以及本發(fā)明的紗線(圖8C-8J)的絨頭固定性能的掃描電子顯微圖。
圖9是說明本發(fā)明紗線中的螺旋卷曲出現(xiàn)的照片。
圖10說明本發(fā)明紗線中由于螺旋卷曲產(chǎn)生捻結(jié)的照片。
圖11說明本發(fā)明紗線中由于螺旋卷曲產(chǎn)生捻結(jié)的照片。
圖12是單組分尼龍6對照樣品的照片。
圖13是顯示用于本發(fā)明的長絲中的螺旋卷曲的照片。
圖14是顯示用于本發(fā)明的長絲中的螺旋卷曲的照片。
圖15是顯示用于本發(fā)明的長絲中的螺旋卷曲的照片。
圖16是顯示用于本發(fā)明的長絲中的螺旋卷曲的照片。
為了促進理解本發(fā)明的原理，下面描述本發(fā)明的具體實施方案并用具體的語言描述之。然而應(yīng)該認識到，這不是想對本發(fā)明的范圍進行限制，并且對本發(fā)明所討論的原理的這種改變和進一步的改進以及進一步應(yīng)用，對本領(lǐng)域普通熟練技術(shù)人員來說是容易想到的。
在本發(fā)明的描述中，某些術(shù)語具有與該技術(shù)中通常使用的術(shù)語一致的某些意義。這里使用的“RV”是指“相對粘度”，術(shù)語“雙組分”是指具有分別由兩種或更多種聚合物構(gòu)成的至少兩個不同截面區(qū)域的纖維，其中聚合物在單體單元(如己內(nèi)酰胺對乙烯)中或在物理性能(如高RV對低RV)上彼此不同。不同物理性能能夠通過供料來實現(xiàn)，這一點是可以預(yù)料到的。另外，這些性能可通過紡絲過程本身產(chǎn)生，如改變各種聚合物的熱過程?！白远ㄐ巍笔侵讣词箾]有熱定形，在沒有明顯扭矩的情況下，具有同傳統(tǒng)熱定形紗線基本上相同程度的永久保持捻度和/或膨松性的性能。“自定形”是指能夠自己定形。一種自定形紗線對于在沒有熱定形的情況下的加捻或纜合狀態(tài)具有記憶，以使紗線被永久地賦予同傳統(tǒng)熱定形紗線所賦予的相同程度的捻度。這樣，本申請上下文中的術(shù)語“永久”是指傳統(tǒng)熱定形紗線獲得的相對永久性。雖然理論上對熱定形紗線施加足夠的力可能去掉熱定形的捻度，但是實際上并不這樣作。術(shù)語“應(yīng)力松弛響應(yīng)”指內(nèi)應(yīng)力松弛響應(yīng)或者指誘導(dǎo)應(yīng)力松弛響應(yīng)。內(nèi)應(yīng)力松弛響應(yīng)并不明顯，除非有充足的能量(熱、機械等能量)來激發(fā)允許分子遷移到一個更加松弛的狀態(tài)。誘導(dǎo)應(yīng)力松弛響應(yīng)是對引入應(yīng)力的響應(yīng)，如通過拉伸引入應(yīng)力。
本發(fā)明涉及一種排除了熱定形的自定形紗線。這一點是通過對多組分纖維組成的紗線施加機械或熱應(yīng)力來實現(xiàn)的。松弛時，組分返回到不同的應(yīng)變狀態(tài)，引起長絲對于其軸向軸形成螺旋。相鄰長絲上的螺旋相互混合，這樣使單絲糾纏。當(dāng)這種纖維制成簇絨毯時，絨頭的完整性提高。此外，因為纖維末端相互糾纏，可以相信絨頭不會散開。
本發(fā)明的紗線由雙組分纖維制成或由占多數(shù)的雙組分纖維同單組分纖維混合制成。用于本發(fā)明的雙組分纖維可以是偏心皮芯纖維或并排型纖維(或這些結(jié)構(gòu)的變化)，但優(yōu)選并排型纖維。在有些情況下，使用偏心皮芯構(gòu)型是有益的，如通常為獲得令人滿意的膨松性所需要的工藝條件不適合用于其中的一種組分的情況。例如，當(dāng)尼龍6作芯而聚丙烯作皮時，產(chǎn)生膨松性需要的高溫使聚丙烯軟化。此時，如果使用偏心皮/芯纖維，本發(fā)明達到的附加膨松性避免了不適當(dāng)?shù)母邷亍?yīng)該認識到，本發(fā)明使用的纖維可以超過兩種組分如三組分纖維。為簡單化，本發(fā)明使用的“雙組分”的論述和那些本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠容易地將本發(fā)明的原理解釋為具有兩種以上組分的纖維。紗線可以由長絲或短絲組成。本發(fā)明的紗線可以應(yīng)用到由于其性能會產(chǎn)生優(yōu)點的所有最終用途的地毯和織物中。
用于本發(fā)明的雙組分纖維的組分是施加了機械或熱應(yīng)力后具有不同相對應(yīng)力松弛響應(yīng)的聚合物，以致于絨頭完整性，即絨頭末端限定可通過螺旋卷曲而不是熱定形來實現(xiàn)。(為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，不論紗線的末端是通過織物或地毯的形式拉伸與否，“簇”是紗線的剪切末端。)應(yīng)力松弛響應(yīng)的不同依賴于最終應(yīng)用，如使用的加捻水平，最終用途內(nèi)在的踩踏條件等。為了說明，組分應(yīng)力松弛響應(yīng)之間的不同，對工業(yè)地毯的最終用途較浴室地毯的最終用途更大。因此，當(dāng)考慮相互之間的相對性時，聚合物(和它們組成的截面組分)可以稱為“高恢復(fù)性聚合物(或組分)”和“低恢復(fù)性聚合物(或組分)”。當(dāng)這種纖維在應(yīng)力作用下時，高恢復(fù)性組分比低恢復(fù)性組分恢復(fù)到它的原始狀態(tài)(即長度)恢復(fù)的更多。因此，如果纖維被拉伸然后再讓它松弛，它就會產(chǎn)生螺旋卷曲。
圖2-6給出了用于本發(fā)明的紗線的不同的纖維形狀。這些形狀代表了用于本發(fā)明的纖維形狀的實例。并不認為是對可使用的形狀的任何限制。在圖2-6中，兩個不同區(qū)域即分別具有不同應(yīng)力松弛性能的聚合物標為A和B。圖2-6表示纖維的聚合物A和B的體積比大約為50∶50。然而這樣的纖維的兩種組分的體積比不是50∶50。實際上，聚合物的比例可以為大約10∶90到大約90∶10。聚合物的優(yōu)選比例可以為大約70∶30到30∶70。如果一種聚合物非常昂貴，那么就可以用較少量的這種聚合物，即40％的截面或更少，這一點是有利的。
圖2表示圓形截面的纖維。
圖3表示多葉型纖維(圖示為六葉形)，這種纖維例如可以用于希望減小陽光下不適宜的反光的紗線。
圖4是經(jīng)常用在地毯紗中的三葉形纖維。
圖5是三角形纖維，這種紗線可用于希望有光澤效果的應(yīng)用。
適合用作聚合物A或聚合物B的聚合物可以是任何應(yīng)力松弛性能具有必要相對差別的成纖聚合物，優(yōu)選能夠融紡的聚合物。合適的聚合物的實例是聚對苯二甲酸乙二酯(“PET”)，改性聚對苯二甲酸乙二酯(如用20百分摩爾間苯二酸改性的聚對苯二甲酸乙二酯)、聚對苯二甲酸丁二酯(“PBT”)、共聚多酯、聚酰胺(如尼龍6(“N6”)、尼龍6/6(“N6,6”)、尼龍6/12)、改性聚酰胺(如用陽離子可染基團或紫外光穩(wěn)定劑改性的聚酰胺)、共聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯(如等規(guī)和間規(guī)聚丙烯)(“PP”)、和其它可紡聚合物。當(dāng)然，聚合物的選擇依賴于最終用途對纖維性能的要求以及應(yīng)力松弛性能。在選擇聚合物時，通常優(yōu)選拉伸的雙組分纖維，這種纖維在隨后的拉伸或熱處理中長度上至少能夠產(chǎn)生10％的變化(減小)。較大的長度減小，約25％的長度減小是更優(yōu)選的，并且最優(yōu)選的組分間應(yīng)力松弛響應(yīng)的差別會導(dǎo)致約50％的長度減小。長度變化的現(xiàn)象在下面給予更詳細的描述。聚合物組合的實例是PET/PBT、高RV的N6/低RV的N6(RV的不同是相對的)、N6/PP、N6/N6,6、N6/PET、N6/PBT等。
不同的添加劑可分別加入到一種或兩種聚合物中。它們包括，但并不僅限于此的潤滑劑、成核劑、抗氧劑、紫外線穩(wěn)定劑、顏料、染料、抗靜電劑、抗污劑、抗應(yīng)變劑、抗微生物劑和阻燃劑。
盡管并不認為對本發(fā)明的纖維的旦尼爾有任何真正的限制，但是使用的旦尼爾將由最終用途確定。對于地毯紗線來說，通常單邊包括大約40到大約100根長絲，每一長絲的密度大約為5到30旦尼爾，更優(yōu)選大約10到30旦尼爾，最優(yōu)選至少15旦尼爾。
如圖2-6中圖示的纖維可以通過將聚合物A和B以要求的體積比輸出到紡絲板來制備。雖然可以使用任何傳統(tǒng)多組分紡絲技術(shù)，但是Hills的美國專利US5,162,074中描述了典型的雙組分纖維的紡絲設(shè)備和方法，這里引用作參考。
雙組分復(fù)絲單紗可以直接通過紡成無拉伸紗或部分取向紗，然后單獨進行拉伸、部分拉伸或拉伸一卷曲變形來制備。這一過程在技術(shù)上有時稱為“兩步法”工藝。另外，同樣的紗線可以通過在線的紡絲一拉伸一卷曲變形將聚合物直接紡絲來制備，在這一技術(shù)中，有時稱為“一步法”或“SDT”工藝。此外，短纖維紗可以通過將聚合物紡絲然后拉伸、卷曲變形、短切成短纖維長度并紡成短纖紗來制備。
這種紗線可以按照任何傳統(tǒng)卷曲工藝來卷曲。例如，可使用氣壓填塞箱原理來制備每一長絲上帶有無規(guī)異相折型卷曲的BCF紗線。然而，卷曲變形并不是必不可少的步驟，如果組分間應(yīng)力松弛響應(yīng)足夠大使紗線表現(xiàn)出足夠的附加膨松和豐滿的話，卷曲步驟可以省略。
然后紗線在初拉伸之前或之后加捻。本發(fā)明可以使用任何本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的加捻方法。例如，每一單紗可以加捻制成加捻單紗。兩根或多根單絲可以相互加捻而不使單絲產(chǎn)生捻度例如在纜捻工藝中。另外，兩根或多根單絲可以環(huán)捻到一排獲得平衡的捻度，其中在每一單絲上有S捻或Z捻而在纜合的單紗上有相反的捻度。不要把這些實例看作是對本發(fā)明的限制。若干加捻工藝可以用于本發(fā)明，這一點是可以想到的。每一單絲可以同另一單絲合股捻成如兩股合捻紗線，例如每英寸有四個捻回。單絲可以直接纜合，此時單絲中沒有捻度，或可以加捻到單絲中然后合股。紗線可以加捻到常規(guī)的捻度，如每英寸1到10捻回(”tpi”)(每厘米0.4到4捻回(“tpc”))，優(yōu)選1到8tpi(0.4到3tpc)，更優(yōu)選3到6tpi(1.2到2.4tpc)，所有這些依賴于預(yù)定的對紗線的最終用途。另外，應(yīng)該認識到本發(fā)明的另一優(yōu)點是應(yīng)力松弛后產(chǎn)生更多的捻度，因此由于螺旋卷曲的結(jié)果而產(chǎn)生的附加捻度，使紗線應(yīng)該加的捻度要比最終用途需要的捻度少。
在此指出，本發(fā)明包括使長絲經(jīng)受機械或熱應(yīng)力隨后松弛來形成紗線中的卷曲。許多可能施加應(yīng)力的步驟是可以想到的，下面的詳述應(yīng)該認為僅是本發(fā)明可以得到的有益的典型的工藝。機械應(yīng)力通常可以屬于兩種類型中的一種初拉伸后的拉伸(如初步拉伸后的紗線的后拉伸)和未拉伸紗的拉伸。在第一種類型中，纖維可以被初拉伸，然后在后續(xù)步驟中，可能是接著進行的中間步驟(如加捻)、拉伸和松弛以形成潛在卷曲，這一點是可以想到的。
另外，加捻的單絲可以不進行初拉伸。因此，加捻紗線進行大約100％到300％或更多的拉伸來產(chǎn)生卷曲，因而同時產(chǎn)生膨松性和捻結(jié)。這一過程省略了初步部分拉伸，節(jié)省了勞力和時間。
也可以通過熱處理來產(chǎn)生潛在卷曲，例如在染浴或蒸汽箱中。拉伸紗線和未拉伸紗線都能在汽蒸后接著加捻來產(chǎn)生卷曲。同樣，隨后的染色過程可能進一步產(chǎn)生卷曲。染色過程包括膨松化、絞紗或連續(xù)染色。這種可能的加工步驟省略了后續(xù)拉伸步驟。如果通過熱激發(fā)獲得了足夠的膨松性和豐滿性，卷曲也可以被省略。對未拉伸紗線，初拉伸、卷曲和隨后的拉伸都將省略來明顯降低生產(chǎn)成本。通常，熱處理只激發(fā)潛在的螺旋卷曲，而機械處理激發(fā)潛在的和/或誘導(dǎo)的卷曲。
在此指出，單紗可以通過常規(guī)的對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的加捻方法制成合股線。如果已經(jīng)部分拉伸，優(yōu)選在室溫下將合股線拉伸到比其長度長大約5％到50％。如果未拉伸，可以拉伸大約100％到400％以產(chǎn)生卷曲。拉伸可以單獨完成，或在加捻、膨松化過程中完成、或作為一些其它中間步驟完成。加捻過程中可能在單絲中產(chǎn)生足夠的應(yīng)力，結(jié)果當(dāng)單絲復(fù)合時，加捻了的產(chǎn)品產(chǎn)生螺旋卷曲。此時，加捻了的產(chǎn)品不能進行附加拉伸。如果加捻極限之前張力足以使單絲完全伸直，那么在纜捻之前單絲也可能充分地產(chǎn)生有可能的螺旋卷曲。一旦纜捻和加捻在一起并且松弛，單絲就返回到螺旋卷曲的狀態(tài)，固定卷曲制成纜捻的產(chǎn)品。對于割絨地毯，拉伸步驟可以通過改進包含預(yù)拉伸輥的割絨膨化設(shè)備或通過其它方法將紗拉伸到烯望的程度來完成。另外，熱應(yīng)力可以代替上述拉伸步驟來激活螺旋卷曲。熱應(yīng)力可以在加捻之前優(yōu)選之后的染色和汽蒸過程來施加。
機械活化的持久性和程度以及熱活化的溫度和持久性將隨紗線中使用的聚合物的物理性能的不同而改變。對于某些聚合物，如果施加拉伸力的時間太長，聚合物分子可能開始變直，這樣，削弱了潛在卷曲的形成和因而形成的螺旋化。對于某些復(fù)合，可能有必要在拉伸之前鋪開長絲以避免長絲中未拉伸部分同其它長絲的拉伸部分接觸。認為這種接觸限制了應(yīng)力松弛過程中長絲的卷曲。
不管是應(yīng)用機械應(yīng)力還是應(yīng)用熱應(yīng)力之后，要使紗線松弛。由于紗線中產(chǎn)生了卷曲，紗線長度變短。為了說明，原始長度為L1的拉伸紗線拉伸成比Ll大的中間長度L2。松弛時，紗線變成最終長度L3，其中L3＜L1＜L2。L3可能比L1小10％(或更多)。對長度為L1的未拉伸加捻紗，拉伸到比L1大(對未拉伸紗大約為100％到300％(或更少))的中間長度L2。松弛時，紗線變成最終長度L3，其中L1＜L3＜L2。L3可能比L2小10％(或更多)。熱處理如拉伸之后的汽蒸能夠促進加捻紗線的螺旋松弛，以產(chǎn)生附加的捻結(jié)和膨松性。由于膨體紗減少了長度，由于單位長度的相同數(shù)量的捻度加到比其長度小大約10％到50％的長度上，因此增加了捻級。得到的紗線比拉伸之前相同的紗線更膨松，捻度(每英寸無張力紗線的捻度)更多。雖然獲得了膨松性和捻度，但是加捻紗的整個長度減小。
合股線具有意想不到的非常穩(wěn)定的捻度。如果短切該紗線，短切末端也保持了常規(guī)熱定形紗線捻度的完整性，或比常規(guī)熱定形紗線更好。從合股線中分離的每一單紗具有同從常規(guī)熱定形合股線中拔出來的單紗相同的(或者甚至更好的)可分辨的合股捻。合股捻固定在螺旋處以及沿著單紗存在的纖維之間的糾纏處。如果單紗是在冷拉伸(或熱應(yīng)力)之前從相同的合股線中拔出，就沒有合股捻。對于加捻了的單紗但沒有合股的情況，捻度通過冷拉伸或熱應(yīng)力固定在適當(dāng)?shù)奈恢蒙稀?br> 牢記上述概念，紗線可以膨松化或織成地毯應(yīng)用到其獨特效果能夠發(fā)揮價值的織物中，以及其他應(yīng)用到這種紗線的普通方式中。如果需要，可以對成品地毯的表面進行簡單的汽蒸以使割絨地毯甚至翻新地毯的膨松性最大化。
本發(fā)明將參照下述詳細的實施例進行描述。這些實施例是以說明的方式陳述的，而不是以限制本發(fā)明的范圍。在這些實施例中，相對粘度(RV)是在25℃下的90％的甲酸中測定的。
紡絲過程許多下述實施例中，并排的纖維是使用兩個擠出機熔融兩種不同的聚合物，然后將這兩種聚合物給料到例如Hills的美國專利US5,162,074中描述的由薄板組成的普通的紡絲組件中紡成。將2.7RV的N6通過兩個擠出機給料，以便在紡制雙組分纖維的條件下紡成單組分纖維，由此來制成一對照樣品。薄板上的料道將進入的聚合物流按照所紡的長絲的數(shù)目分開。每一種聚合物在噴絲板的后孔匯合形成多組分纖維。無限變化的組合可能依賴于紡絲泵的相對輸出量。這種組件和保護外套保持在適合聚合物紡絲的溫度。例如，在N6/PET復(fù)合中，組和保護外套溫度保持在大約295℃。正如所述，每一聚合物的通過量隨紡絲纖維中聚合物比例的不同而改變，如50∶50,70∶30,80∶20等。擠出機加熱區(qū)的溫度為適合這些聚合物擠出的溫度。例如，對N6，擠出機加熱區(qū)的溫度范圍是大約260℃到大約270℃，對PET是大約280℃到295℃。
纖維離開噴絲板后用空氣驟冷。驟冷空氣的溫度和流速正適合于纖維中聚合物組分。例如，21℃流速為0.56cm的H2O柱的空氣。驟冷的長絲可以在加熱的喂入輥和加熱的拉伸輥之間進行完全或部分拉伸。然后該單絲就可以進行卷曲和交纏來滿足最終應(yīng)用。
加捻過程當(dāng)給紗線加捻時，用Volkmann VTS-05-C纜捻機以2300-4500rpm轉(zhuǎn)速將兩根或多根單絲捻到4.0到6.0tpi(1.6-2.4tpc)而捻到一起。
實施例1-5制備和評價自定形紗實施例1A-1E:(N6/PET)N6/PET并排三葉形纖維是用N6切片(2.7RV或3.5RV)(分別為BS700或B35，兩者均可從Mt.Olive,NJ的BASF公司獲得)和PET切片(MFI18)(0.64IV，可從Wellman Inc.得到)紡成。改變通過量以獲得表1具體給出的組分比。對N6，擠出機加熱區(qū)的溫度范圍是大約260℃到大約270℃，對PET是大約280℃到295℃。紡絲泵和噴絲板的保護外套的溫度保持在295℃。在實施例1A-1G和1I-1K中，離開噴絲板的雙組分纖維用21℃流速為0.56cm的H2O柱的空氣驟冷。實施例1H中，沒有驟冷空氣。
實施例1A-1J中，驟冷的纖維在293M/min轉(zhuǎn)速的喂入輥和拉伸輥之間被拉伸，這兩個輥的溫度分別保持為100℃和136℃，結(jié)果拉伸紗的伸長為50％或更多。使拉伸紗進行卷曲變形和交纏。為評估潛在的卷曲，每種樣品用手工拉伸。正如下面更詳細地描述的那樣，隨后的拉伸制成一種無需在簇絨之前熱定形的加捻產(chǎn)品。
在實施例1K中，驟冷紗在拉伸之前沒有經(jīng)過拉伸、卷曲變形或交纏。
用手工在室溫下拉伸每種樣品來評價潛在的卷曲。
實施例2A-2F:N6/N6N6/N6并排三葉形纖維用N6切片和2.7RV、2.4RV和3.5RV(分別為BS700、BS400和B35，均可從Mt.Olive.NJ的BASF公司獲得)的不同組合制成。N6的組合表示在表2中。紡絲組件加熱到270℃。擠出機的加熱區(qū)的溫度為260℃到270℃。紡絲泵和噴絲板的保護外套的溫度保持在270℃。當(dāng)纖維離開噴絲板時,用21℃流速為0.76cm H2O柱的空氣驟冷。實施例2A-2E是拉伸之前沒有進行初拉伸或卷曲變形的表2中描述的袋裝或卷裝樣品。實施例2B是以250到300m/min的速度卷繞的。當(dāng)冷拉(室溫)時長絲出現(xiàn)卷曲。實施例2F中，長絲在133℃下以3.2∶1的拉伸比拉伸，然后卷繞。
另外實施例2G中，紡成每根單絲為10旦尼爾的50∶50 N6(3.5RV)N6(2.4RV)的雙組分紗線。外套和組件的溫度保持在大約290℃。驟冷空氣保持在12℃，流量為36.6m/min。紗線以拉伸比為1.1、85℃、1870m/min的速度下進行拉伸。紗線沒有進行卷曲變形。當(dāng)從包裝中拉出時，紗線出現(xiàn)卷曲。
用手工在室溫下拉伸每一樣品來評價潛在卷曲。80℃下汽蒸10秒鐘來評價實施例2G中的潛在卷曲。
實施例3A-3G:N6/PP通過對重量比為50∶50的N6和PP混合物紡絲來制成并排三葉形纖維。紡絲泵和噴絲板的溫度保持在大約270℃。擠出機加熱區(qū)對兩種聚合物的溫度范圍都大約為260℃到270℃。當(dāng)離開噴絲板后，纖維用20℃流量為1.5cm的H2O柱的空氣驟冷。驟冷纖維在140℃下以2.4-3.0的拉伸比進行拉伸。有些樣品進行卷曲，而有些不卷曲。
對于實施例3H，外套和組件保持在270℃下紡成每根單絲大約20旦尼爾的N6(2.7RV)和PP混合物。拉伸比為3.1、溫度為25℃、速度為700m/min下對樣品進行拉伸。驟冷空氣維持在12℃和12.2m/min。樣品不經(jīng)過卷曲。最終DPF大約為20.0。
用手工室溫下拉伸每一樣品來評價潛在卷曲。用80℃水汽蒸10秒鐘來評價實施例3H中的潛在卷曲。
實施例4A-4B:PBT組合物如表4所述，通過對重量比為50∶50的PBT和PET或N6(2.7RV)紡絲來制成并排三葉形纖維。當(dāng)PBT/PET組合的情況，紡絲泵和噴絲板的保護外套的溫度保持在大約290℃。擠出機加熱區(qū)對PET的溫度范圍大約為280℃到295℃，對PBT大約為250℃到290℃。當(dāng)離開噴絲板后，纖維用20℃的流量為1.5cmH2O柱的空氣驟冷。驟冷的PBT/PET纖維卷曲變形之前在136℃下拉伸、卷曲和交纏。
在PBT/N6組合的情況，紡絲泵和噴絲板的溫度保持在大約270℃。擠出機加熱區(qū)對PBT的溫度范圍大約為252℃到260℃，對N6大約為259℃到265℃。當(dāng)離開噴絲板后，纖維用70℃空氣驟冷。驟冷的PBT/N6纖維卷繞之前在145℃、945m/mind速度下拉伸、卷曲和交纏。
用手工拉伸每種樣品來評估潛在卷曲。
實施例5A-5I:N6/N6.6通過對重量比為50∶50的N6和N6,6紡絲來制成并排三葉形纖維。紡絲泵、保護外套和噴絲板的溫度保持在大約285℃。擠出機加熱區(qū)對N6的溫度范圍大約為260℃到270℃，對N6,6大約為280℃到295℃。當(dāng)離開噴絲板后，纖維用20℃流量為1.5cmH2O柱的空氣驟冷。一些驟冷的纖維在25℃下拉伸，而其它的受到零拉伸。所有樣品都不卷曲變形。
實施例5H和5I中，長絲進行冷拉伸。
手工室溫下拉伸樣品來評估潛在卷曲。
上面實施例中制備的一些紗線用下述過程和方法測試。
絨頭完整性測試熱激活樣品將纜紗短切成大約1-1.5″長的部分，然后穿過孔直徑為1000微米的380微米厚的黑色乙烯基樹脂導(dǎo)針片。拔出紗線，留出5厘米的“絨頭”露在導(dǎo)針片的表面上。頂端的絨頭平均直徑是用通過絨頭中心共同組織點的三個直徑計算。接著，用平滑、表面涂了橡膠的、足以覆蓋整個絨頭的平板將絨頭完全壓縮5倍到導(dǎo)針片的表面上。壓完后，重新測量直徑，并同時計算絨頭直徑增加的百分比。
五次完全壓縮5cm長的絨頭后，該測試使頂端的減小數(shù)值化。對經(jīng)過熱處理和沒有經(jīng)過熱處理的樣品都進行了五次完全壓縮之前和之后頂端直徑的測試。表6給出了沒有進行熱激活的樣品的頂端直徑的變化。表7給出了進行熱激活的樣品的頂端直徑的變化。樣品頂端直徑增加的越多，頂端越散，損失越大。
用高壓釜熱定形的樣品作為對照樣品。熱定形條件包括1分鐘預(yù)真空，接著在110℃轉(zhuǎn)動2-3分鐘，隨后在270℃下轉(zhuǎn)動2-3分鐘，再在270℃轉(zhuǎn)動1-6分鐘，最后后真空下轉(zhuǎn)動1分鐘。
對熱激活樣品，纜紗部分可以松弛5分鐘，然后浸入80℃熱水中5秒鐘，移出并進行干燥。對沒有熱定形的對照樣品也進行這種熱處理。拉伸激活樣品上述絨頭完整性的測試也適用于螺旋卷曲是用Instron張力測試儀拉伸激活的纜紗，同時也適用于沒有經(jīng)過激活的樣品。未熱定形對照樣品也拉伸到30％的伸長。
樣品用Instron張力測試儀拉伸激活。紗線的部分夾在Instron張力測試儀上拉伸30％。結(jié)果見表8和表9。
絨頭結(jié)分析用剃須刀片從每一樣品上切出4塊。兩塊放在樣品架的碳帶(導(dǎo)電)上并使切面能夠觀察到。另兩塊夾在碳帶之間并放在樣品架(夾住露出上述碳帶的大約1/4英寸)上并使從頂部可以觀察到紗線末端。所有樣品用瀝青噴涂以使在掃描電子顯微鏡(“SEM”)分析中導(dǎo)電。圖8A-8J中給出了SEM照片。所有照片的放大率為30倍。
SEM顯示絨頭頂端有相互連結(jié)的螺旋，這有助于保持絨頭的完整性。經(jīng)過熱激活后的N6(2.7RV)/PP混合物的SEM明顯有長絲糾纏現(xiàn)象(圖8C和8E)。作為比較，圖8D和圖8F中給出了熱激活之前樣品的照片。N6(2.7RV)PET(圖8I)、N6(3.5RV)/PET(圖8H)和PBT/PET(圖8G)中都能看出熱激活之后長絲糾纏現(xiàn)象。對熱定形之前或之后的每一對照樣品，都明顯不存在這種糾纏。
圖8的SEM照片也說明了表面螺旋卷曲產(chǎn)生的沖擊。對照樣品(圖8A)更不豐滿(緊緊壓在一起)，而熱定形之后本發(fā)明的絨頭(圖8C、8E和8G-8I)更豐滿。附加的豐滿性是螺旋膨松的產(chǎn)生以及由于纜紗收縮增加了旦尼爾的結(jié)果。(除了對照樣品是72根絲之外，每一樣品大約為70根絲1200旦尼爾。)應(yīng)力響應(yīng)系數(shù)應(yīng)力響應(yīng)測試使經(jīng)過機械拉伸和熱處理的纜捻和單紗的松弛數(shù)值化。大多數(shù)情況下，松弛的數(shù)量(長度的改變)是由于機械或熱處理導(dǎo)致螺旋卷曲產(chǎn)生程度的指示。纜紗熱松弛切完后，讓纜紗部分松弛5分鐘。然后切成10英寸長，浸在80℃熱水中5秒鐘，移出并干燥。測試長度并記錄收縮百分比。每一樣品重新放在黑色絲絨背景上照相。照相是在熱處理之前和之后進行的。對熱處理之前或之后的每一樣品解捻。由于纜合結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的單絲中的永久卷曲，以每英寸卷曲數(shù)記錄。結(jié)果見表10。單紗熱松弛切完后，紗線部分松弛30分鐘。然后把樣品切成10英寸(25.4cm)后，浸在80℃熱水中5秒鐘，移出并干燥。測試長度并記錄收縮百分比。從樣品中選出的代表性長絲來計數(shù)螺旋卷曲。用Vibromat儀測定單絲的旦尼爾。結(jié)果見表11。對80℃汽浴中汽蒸(而不是浸漬)10秒鐘的樣品重復(fù)上述過程。結(jié)果見表12。
用75mm黑白多功能平臺照相機對50∶50 N6(3.5RV)/N6(2.4RV)的樣品在汽蒸之前和之后照黑白照片。圖9是實施例2G在汽蒸之前和之后的照片。汽蒸之前從包裝中拔出的樣品具有中等螺旋卷曲。當(dāng)汽蒸、松弛大約65％(收縮)時，螺旋卷曲明顯產(chǎn)生。纜紗和單紗的機械應(yīng)力松弛在樣品紗線上標出一10英寸的部分。將樣品夾在Instron張力測試儀上拉伸10％。移出樣品重新測量標出部分。由標出部分拉伸之前和之后的長度計算收縮百分比。對拉伸20、30、40和50％的情況重復(fù)上述過程。拉伸后，標出部分放在黑色絲絨背景上照相。
對纜紗樣品，對最短的樣品解捻。計數(shù)由于纜合結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的永久卷曲。解捻的部分放在黑色絲絨背景上照相。用75mm黑白多功能平臺相機對實施例4B、1I和對照例中的解捻單絲照相。表10、11和12中分別給出了這些照片。這些圖中給出了同熱定形相比本發(fā)明由于螺旋作用產(chǎn)生的捻結(jié)的放大。纜紗的測試結(jié)果見表13。單紗的測試結(jié)果見表14。
螺旋卷曲的產(chǎn)生對實施例2G、2B、2C、和5F中無卷曲的平直的樣品照相來說明拉伸激活產(chǎn)生的螺旋卷曲。圖13-16中分別給出了這些樣品的照片。
從每一線條中分離五根單絲，如果沒有拉伸的然后用手工拉伸。拉伸之前和之后記錄單絲的旦尼爾來確定手工拉伸樣品的拉伸比。使用Vibromat儀來測定旦尼爾數(shù)。
使用75mm黑白平臺相機對纜合卷曲和螺旋卷曲的單絲和絲束照黑白照片，該方法也用于單絲。
表15詳述了圖中給出的樣品的性能。
對比實施例圖1(a)-(d)說明了有三葉形纖維制成的常規(guī)兩股N6,6合股線。兩根經(jīng)紗合股來制備圖1(d)中給出的兩股合股線。圖1(c)給出了單股紗線，是由圖1(d)中的未熱定形的兩股合股線解捻得到的。如圖所示，圖1(c)單紗中沒有殘留的合股捻。使用Superba熱定形設(shè)備在270℃下熱定形的合股線得到圖1(b)中的兩股合股線。圖1(a)是解捻圖1(b)兩股合股線中的一股得到的單紗。圖1(a)說明了熱定形合股線中的永久合股捻。
發(fā)明實施例6圖7(a)-(b)中給出了由本發(fā)明的自定形、三葉形截面纖維制成的地毯紗。50∶50PET/PBT雙組分并排型紗線是使用一步法連續(xù)纖維生產(chǎn)工藝制成。
圖7(d)是拉伸之前的兩股合股線。圖7(c)是解捻圖7(d)中兩股合股線得到的單紗。如圖所示，圖7(c)單紗中沒有明顯的殘留合股捻。
然后對該兩股合股線手工拉伸并松弛。圖7(b)給出了拉伸和松弛后圖7(d)中的兩股合股線。圖7(a)中給出了對圖7(b)中的兩股合股線中的一股解捻得到的單紗。如圖所示，圖7(a)中的單紗具有永久合股捻。
表1<
表2<
>*同2B相同，但噴絲板的L/D改變表3
*RV=2.7；滾筒組分制備的混合物**RV=2.7；重融組分制備的混合物表4
<p>表5
*拉伸過程中表6螺旋卷曲的熱激活之前
<p>表7螺旋卷曲的熱激活之后
表8螺旋卷曲的拉伸激活之前絨頭完整性
表9螺旋卷曲的拉伸激活之后絨頭完整性
<p>表10纜紗的松馳系數(shù)<
>表11單紗(浸沿的樣品)的松弛系數(shù)
對照例和4B經(jīng)過卷曲變形。實施例3F、3H和2G沒有卷曲變形。
表12單紗(汽蒸過的)的松弛系數(shù)
對照例和4B經(jīng)過卷曲變形。實施例3F、3H和2G沒有卷曲變形。
權(quán)利要求
1.一種自定形紗包括至少由含有具有第一應(yīng)力松弛響應(yīng)的第一聚合物組分，和在軸向與此共伸長的具有第二應(yīng)力松弛響應(yīng)的第二聚合物組分的占多數(shù)的多組分纖維組成，并且其中第一聚合物組分和第二聚合物組分是以并排的或偏心皮/芯的形式排列；其中所說的紗線永久加捻到至少1tpi，和其中第一應(yīng)力松弛響應(yīng)和第二應(yīng)力松弛響應(yīng)足以不同到使該紗線在長度上至少減小10％。
2.權(quán)利要求1的自定形紗，其中所述的紗線實質(zhì)上是無扭矩單紗。
3.權(quán)利要求1的自定形紗，其中所說第一應(yīng)力松弛響應(yīng)和第二應(yīng)力松弛響應(yīng)應(yīng)足以不同到使該紗在長度上至少減小25％。
4.權(quán)利要求3的自定形紗，其中所說第一應(yīng)力松弛響應(yīng)和第二應(yīng)力松弛響應(yīng)應(yīng)足以不同到使該紗在長度上至少減小50％。
5.權(quán)利要求1的自定形紗還包括至少兩股所說的復(fù)絲，其中所說的股是捻合在一起。
6.權(quán)利要求1的自定形紗，其中所說的第一聚合物組分選自聚對苯二甲酸乙二酯、改性聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、共聚多酯、尼龍6、尼龍6/6、尼龍6/12、改性聚酰胺、共聚酰胺、聚乙烯和聚丙烯。
7.權(quán)利要求6的自定形紗，其中所說的第二聚合物組分選自聚對苯二甲酸乙二酯、改性聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、共聚多酯、尼龍6、尼龍6/6、尼龍6/12、改性聚酰胺、共聚酰胺、聚乙烯和聚丙烯。
8.權(quán)利要求7的自定形紗，其中所說的第一聚合物組分和第二聚合物組分都是相對粘度彼此不同的尼龍6聚合物。
9.權(quán)利要求1的自定形紗，其中所說的多組分纖維每根單絲的密度超過10旦尼爾。
10.權(quán)利要求1的自定形紗，其中所說的多組分纖維具有三葉形截面。
11.權(quán)利要求1的自定形紗，其中所說的第一聚合物組分和第二聚合物組分是并排的形式排列。
12.一種自定形合股線包括至少由含有具有第一應(yīng)力松弛響應(yīng)的第一聚合物組分，和在軸向與此共伸長的具有第二應(yīng)力松弛響應(yīng)的第二聚合物組分的占多數(shù)的多組分纖維組成，并且其中的第一聚合物組分和第二聚合物組分是以并排的或偏心的皮/芯的形式排列；其中所說的股是捻合到一起，和其中所述第一應(yīng)力松弛響應(yīng)和第二應(yīng)力松弛響應(yīng)應(yīng)足以不同到使該紗在長度上至少減小10％。
13.權(quán)利要求12的自定形合股線，其中所說的股紗是至少為1tpi的捻度捻合到一起。
14.權(quán)利要求12的自定形紗，其中所說第一應(yīng)力松弛響應(yīng)和第二應(yīng)力松弛響應(yīng)應(yīng)足以不同到使該紗在長度上至少減小25％。
15.權(quán)利要求14的自定形紗，其中所述第一應(yīng)力松弛響應(yīng)和第二應(yīng)力松弛響應(yīng)應(yīng)足以不同到使該紗在長度上至少減小50％。
16.權(quán)利要求12的自定形合股線，其中所說的第一聚合物組分選自聚對苯二甲酸乙二酯、改性聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、共聚多酯、尼龍6、尼龍6/6、尼龍6/12、改性聚酰胺、共聚酰胺、聚乙烯和聚丙烯。
17.權(quán)利要求16的自定形合股線，其中所說的第一聚合物組分選自聚對苯二甲酸乙二酯、改性聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、共聚多酯、尼龍6、尼龍6/6、尼龍6/12、改性聚酰胺、共聚酰胺、聚乙烯和聚丙烯。
18.權(quán)利要求17的自定形紗，其中所說的第一聚合物組分和第二聚合物組分都是相對粘度彼此不同的尼龍6聚合物。
19.權(quán)利要求12的自定形紗，其中所說的多組分纖維每根單絲的密度超過10旦尼爾。
20.權(quán)利要求12的自定形紗，其中所說的多組分纖維具有三葉形截面。
21.權(quán)利要求12的自定形紗，其中所說的第一聚合物組合和第二聚合物組分是并排的形式排列。
22.一種制備自定形紗的方法包括(a)加捻一種紗線，該紗線由含有具有第一應(yīng)力松弛響應(yīng)的第一聚合物組分，和在軸向與此共伸長的具有第二應(yīng)力松弛響應(yīng)的第二聚合物組分的占多數(shù)的多組分纖維組成，其中的第一應(yīng)力松弛響應(yīng)和第二應(yīng)力松弛響應(yīng)足以不同到使該紗線在長度上至少減小10％，并且其中第一聚合物組分和第二聚合物組分是以并排的或偏心的皮/芯的形式排列；(b)加捻后，將得到的加捻紗受力；和(c)受力后，使加捻紗松弛。
23.權(quán)利要求22的方法，其中所說的紗加捻到至少1tpi。
24.權(quán)利要求22的方法，其中所說加捻紗是至少兩股所說的復(fù)絲合股捻到一起。
25.權(quán)利要求22的方法，其中所說的第一聚合物組分選自聚對苯二甲酸乙二酯、改性聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、共聚多酯、尼龍6、尼龍6/6、尼龍6/12、改性聚酰胺、共聚酰胺、聚乙烯和聚丙烯。
26.權(quán)利要求25的方法，其中所說的第二聚合物組分選自聚對苯二甲酸乙二酯、改性聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、共聚多酯、尼龍6、尼龍6/6、尼龍6/12、改性聚酰胺、共聚酰胺、聚乙烯和聚丙烯。
27.權(quán)利要求22的方法，其中所說的受力是室溫下將紗至少拉伸到其原始長度的10％。
28.權(quán)利要求22的方法，其中所說的受力是通過熱來進行。
全文摘要
由雙組分纖維制成的自定形紗形成螺旋卷曲,這種卷曲固定在捻度中并形成膨松性。
文檔編號D02G3/24GK1231353SQ9812719
公開日1999年10月13日 申請日期1998年12月5日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月5日
發(fā)明者A·塔萊, A·E·維爾基, K·H·布查南 申請人:美國Basf公司