CN100359057C - 自发卷缩性复合纤维及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种复合聚酯弹性纤维及其制造方法。该方法包括将两种聚合物成分，即聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)和聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，以并列型复合方式纺丝，再经延伸热处理后而得复合纤维，其中PTT的固有粘度(intrinsic viscosity)在0.80dL/g至1.20dL/g之间，PBT的固有粘度在0.58dL/g至0.84dL/g之间，且两种聚合物的固有粘度差值(ΔIV)≥0.15dL/g。PTT和PBT的重量比在30∶70至70∶30的范围内。此复合纤维的卷曲度(Crimp Index)达40以上。

Description

自发卷缩性复合纤维及其制造方法

技术领域

本发明涉及由聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)和聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)熔融纺丝而制得的自发卷缩性复合纤维及其制造方法。

背景技术

具有伸缩弹性的织物一直为人们所喜爱，早期人们使用天然橡胶来生产伸缩织物，但后来弹性纤维逐渐取代了天然橡胶。

由于人们对衣着的舒适性要求越来越高，具有伸缩性的弹性纤维，因能充分展现人体天然的曲线美，并且可增加美感、功能性、流行性，所以被广泛地运用在各种织物上，例如泳装、滑雪服、韵律服、运动服、紧身衣、丝袜等。弹性纤维产业近几年来发展相当迅速，市场上对于弹性纤维需求非常大。复合纤维的自发卷缩性主要通过制造并列型双成分纤维来产生，其以两种聚合物的不同的固有粘度为基础，因两种聚合物具有不同的收缩量而使纤维产生立体折绉。自发卷缩性的先决条件是由两种聚合物的收缩量、收缩程度及弹性模量的差异所产生的一种必然的潜在卷曲性。除了收缩差为必要条件外，这两种成分间还必须存在良好的粘着性，但不一定要使用不同的聚合物。因为收缩差也可由定向、结晶度或相对粘度的差异而引发。然而一般而言，相同材质所能产生的收缩差异较小，不易产生高弹性所需要的高收缩差。

现有技术主要是使用两种具有不同熔融粘度的聚合物从同一纺丝孔吐出并经熔融纺丝来得到并列型复合纤维。例如公布于1972年的杜邦公司所拥有的专利USP3671379，其中描述了用两种聚合物进行并列型复合纺丝，其中提到使用PTT/PET、PBT/PET、PTT/PCHT等多种材质的搭配组合，来制备具有卷缩性的复合纤维。

另外，日本专利申请特开平4-308271提出使用两种具有不同的固有粘度的制成并列型复合纤维，日本专利申请特开平5-295634提出使用高收缩性的PET制成并列型复合纤维，以上专利申请中的复合纤维确实得到某种程度卷缩，但用于织物组织中时其伸缩性不十分明显，无法满足伸缩性织物的要求。以上所提出的并列型复合纤维在织物被束紧时，卷缩性能低。

日本专利申请特开平11-189923提到用PTT与低固有粘度的PET制成并列型复合纤维的方法。日本专利申请特开2002-30527提出使用高固有粘度的PTT与PBT以并列型方式制成具有卷缩能力的复合纤维。以上专利公报公开的方法使用的聚合物的固有粘度过高，在纺丝过程中，聚合物熔融粘度过高，流动性差，纺丝加工困难。

另外，以上所提的专利中所其使用的原料组合为PET/高收缩成分PET、PTT/PET、PBT/PET、PTT/PBT等多种原料搭配。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种制造具有良好弹性、卷缩性及纺丝特性的复合纤维的方法。

本发明的另一目的是提供一种具有良好弹性、卷缩性及纺丝特性的复合纤维。

依据本发明的方法，将聚对苯二甲酸丙二醇酯(polytrimethyleneterephthalate，以下称PTT)和聚对苯二甲酸丁二醇酯(polybutyleneterephthalate，以下称PBT)这两种不同的聚合物成分，以并列型(side-by-side)复合方式纺丝，以得到并列型复合纤维，其中PTT为固有粘度较高的成分，其固有粘度(Intrinsic Viscosity；IV)在0.80dL/g至1.20dL/g之间，PBT为固有粘度较低的成分，其固有粘度在0.58dL/g至0.84dL/g之间，PTT和PBT的重量比在30∶70至70∶30的范围内，且两成分的固有粘度差(ΔIV)≥0.15dL/g。此复合纤维是卷曲度(Crimp Index；CI)达40以上的自发卷缩的复合纤维，其具有良好的弹性、卷缩性及纺丝特性。

本发明所使用的聚酯聚合物，具有良好的出纺口接合面，屈曲现象极轻微，不影响纺丝加工。

本发明还涉及并列型复合纤维，其包含聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)和聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)两种聚合物，PTT和PBT的重量比在30∶70至70∶30的范围内，PTT的固有粘度(Intrinsic Viscosity；IV)在0.80dL/g至1.20dL/g之间，PBT的固有粘度在0.58dL/g至0.84dL/g之间，且PTT的固有粘度大于PBT的固有粘度，两者的固有粘度差值(ΔIV)≥0.15dL/g。此复合纺丝，除了具有PTT、PBT本身的弹性外，还具有收缩后由丝长差所产生的外观卷曲弹性，从而具有双重弹性效果，因此具有相当优良的弹性。

附图简介

图1为可用于本发明的纺丝程序的设备示意图；

图2为可用于本发明的纤维延伸程序的设备示意图；及

图3为本发明复合纤维的断面图。

具体实施方式

本发明的卷缩性聚酯纤维是将并列型(side-by-side)复合纤维经延伸热处理后所产生的外观卷曲的纤维。

根据本发明的卷缩性聚酯纤维，其中聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)主要包含对苯二甲酸与丙二醇的重复单元，而聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)主要包含对苯二甲酸与丁二醇的重复单元。

另外，根据本发明，聚对苯二甲酸丙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯可根据需要与第三种成分共聚，该第三种成分可选自脂族二羧酸、芳族二羧酸、脂族二元醇和苯磺酸金属盐等成分，优选选自苯二甲酸、己二酸、丁二醇、戊二醇、己二醇和苯磺酸金属盐。

本发明中，聚酯纤维可根据需要添加各种添加剂，包括消光剂、热稳定剂、消泡剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂、抗菌剂、阻燃剂、导电剂、颜料等添加剂。

本发明所用聚酯成分中，PTT的固有粘度(Intrinsic Viscosity；IV)在0.80dL/g至1.20dL/g较佳，在0.84dL/g至1.00dL/g时更佳。而PBT的固有粘度在0.58dL/g至0.84dL/g较佳，在0.62dL/g至0.78dL/g时更佳。依据本发明，PTT的固有粘度必须大于PBT的固有粘度，而且PTT与PBT二者的固有粘度差ΔIV≥0.15dL/g为佳，≥0.25dL/g更佳。

两种聚合物成分的粘度差使卷曲度(Crimp Index；CI)提高。当ΔIV≥0.15dL/g可得到良好的立体卷缩，当ΔIV≥0.25dL/g以上时立体卷缩更佳。而ΔIV小于0.15dL/g以下时，卷曲度偏低且弹性略差。

PTT的固有粘度小于0.80dL/g时，卷曲度不佳。当PTT的固有粘度大于1.2dL/g时，卷曲度趋于平稳，流动性变差，纺丝加工困难。

PBT的固有粘度小于0.58dL/g时，会产生切粒方面问题使得生产变困难，且熔融粘度偏低，纺丝加工困难。当PBT的固有粘度大于0.84dL/g时，卷曲度不佳。

复合纤维中PTT和PBT重量比在30∶70至70∶30之间时可得到良好的立体卷缩复合纤维，重量比在40∶60至60∶40之间时可得较佳的立体卷缩效果，而重量比在45∶55至55∶45之间时可得到最佳的立体卷缩效果。

图1显示本发明纺丝程序所用设备的示意图。PTT和PBT经由熔融复合纺丝机的纺丝箱(1)的纺丝孔吐出合流形成并列型(side-by-side)熔融纤维(2)，熔融纤维(2)经由冷却装置(3)的冷却气体固化后，由整理剂施加装置(4)提供丝条整理剂(finish agent)，经过传送辊(5)、(6)后，由卷取装置(7)卷取成丝饼(8)。

图2显示本发明方法中延伸程序所用设备的示意图，将图1纺丝程序中所产生的丝饼(8)中的复合纤维(81)拉出，并送经延伸辊(9)加以延伸，接着经热板(10)进行定型、冷却辊(11)予以冷却、交织装置(12)予以集束，并由卷取装置(13)予以卷取成丝管(未示出)。

本发明的复合纤维的断面形状可例如图3的(A)、(B)、(C)等所示形状。

本发明采用固有粘度不同的PTT、PBT聚合物，用熔融复合纺丝机，将PTT和PBT由纺丝孔吐出合流形成并列型复合纤维，减少屈曲现象，增加纺丝稳定性。纺丝温度通常优选在240～280℃范围内。纺出的纤维经冷却固化、赋与油剂后，以2500～4500m/min的速度卷取。此纤维再经延伸机连续热延伸处理，得到本发明的复合纤维。

延伸倍数需适宜选定，传送后的残留拉伸为15～40％最佳，其卷缩性能较佳。残留拉伸过低时，容易产生单丝断裂和操作性的问题。

根据本发明的方法所得到的自发卷缩的复合纤维，其卷曲度高达40以上，较目前市售商品高出许多，其外观卷曲持久性也优于市售商品；且使用本发明的复合纤维所制成的编织物具有良好的蓬松感和良好的弹性。

实施例

下文中将以非限制性的实施例来进一步说明本发明。首先对实施例中的物性测定方法作简单说明。

卷曲度(Crimp Index；CI)：

将复合纤维样品垂直悬吊(D_e×0.06)克(即每1丹尼尔承受0.06克的荷重，De代表纤维的丹尼尔数)的荷重，并放入100℃水中煮15分钟后，取出冷却至室温，然后去除该荷重，再施加(D_e×0.02)克的荷重，读取丝长L₁，然后去除所述(D_e×0.02)克的荷重，再施加(D_e×4)克的荷重，读取丝长L₂。计算方式：

$\mathrm{CI}\%=\frac{L_2-L_1}{L_1}\×100$

实施例1～5，比较例1～4

具有不同固有粘度的PTT与PBT，在重量比为50∶50的情况下熔融挤制纺丝，使用24孔的纺丝头，纺丝温度260℃，丝条经冷却、固化并上油，再以3000m/min速度卷取。经延伸倍率为1.6，温度为80℃的延伸热处理后，得到100^d/24^f(即丹尼尔数为100，有24根单纤维)的卷缩型复合纤维。复合纤维的卷曲度、外观卷曲、与纺丝特性列于表1中。

表1

	No.	固有粘度(dL/g)		ΔIV(dL/g)	卷曲度(CI)(％)	外观卷缩	纺丝特性
								PTT	PBT
		实施例	1	1.10	0.6	0.5	85.0							◎<sup>*</sup>	○<sup>*</sup>
2	0.90							0.60	0.3	63.9	◎	◎
			3	0.90	0.75	0.15	45.8						◎	◎
4	0.90							0.84	0.06	30.0	○	◎
			5	0.84	0.84	0.0	25.0						○	◎
比较例	1							1.25	0.92	0.33	20.0	○			×
		2	0.78	0.98	0.2	16.5	×						×
	3							0.92	0.98	0.06	15.4	×		○
		4	0.87	0.50	0.37	40.5	◎						×

*^符号说明：◎：佳    ○：尚可    ×：差

由表1可知，本发明的复合纤维中PTT的固有粘度比PBT的固有粘度高出0.15dL/g时，可得到良好立体卷缩，卷曲度高达40以上，外观卷曲持久性也较佳。当ΔIV≥0.25dL/g以上时更佳。而ΔIV小于0.15dL/g以下时，或PTT的固有粘度比PBT的固有粘度小时，卷曲度偏低且弹性略差。另外，PTT的固有粘度小于0.80dL/g时，卷曲度不佳。当PTT的固有粘度大于1.2dL/g时，卷曲度趋于平稳，流动性变差，纺丝加工困难。

PBT的固有粘度小于0.58dL/g时，会产生切粒方面问题，而导致生产困难，且熔融粘度偏低，纺丝加工困难。当PBT的固有粘度大于0.84dL/g时，卷曲度不佳。

实施例6

使用固有粘度为0.90dL/g的PTT与固有粘度为0.60dL/g的PBT，两者的重量比为50∶50，使用24孔的纺丝头，以纺丝温度260℃熔融纺丝，丝条经冷却、固化并上油，经延伸倍率1.5、延伸定型温度140℃，并以4500m/min速度直接纺丝，得到75^d/24^f(即丹尼尔数为75，有24根单纤维)的卷缩型复合纤维，其外观具有优良的立体卷缩形态，且卷曲度CI＝45。

实施例7

PTT的固有粘度为0.90dL/g，PBT的固有粘度为0.60dL/g，两者的重量复合比例50∶50，使用24孔的纺丝头，以260℃的纺丝温度熔融纺丝，丝条经冷却、固化并上油，以3000m/min速度卷取。再经1.6延伸倍率的假捻加工处理，得到75^d/24^f(即丹尼尔数为75，有24根单纤维)的卷缩型复合纤维，其外观具有优良的立体卷缩形态，且卷曲度CI＝65。

为了说明的目的，本发明已详述于上，然而应了解上述细节仅用以说明的目的，且熟悉本领域技术的人员可对本发明进行改进，这些均在本发明的精神和范围之内，本发明仅受限于所附权利要求。

Claims (17)

1、一种制造复合纤维的方法，其包括将两种聚合物，即聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)与聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，以并列型复合方式挤制纺丝，其中，PTT和PBT的重量比在30∶70至70∶30的范围内，PTT的固有粘度在0.80dL/g至1.20dL/g之间，PBT的固有粘度在0.58dL/g至0.78dL/g之间，且PTT的固有粘度大于PBT的固有粘度，二者的固有粘度差值(ΔIV)≥0.25dL/g。

2、如权利要求1的方法，其中PTT的固有粘度在0.84dL/g至1.00dL/g之间。

3、如权利要求1的方法，其中PBT的固有粘度在0.62dL/g至0.78dL/g之间。

4、如权利要求1的方法，其中PTT和PBT的重量比在40∶60至60∶40的范围内。

5、如权利要求1的方法，其中PTT和PBT的重量比在45∶55至55∶45的范围内。

6、如权利要求1的方法，其中所述复合纤维还经受延伸热处理。

7、如权利要求1的方法，其中聚对苯二甲酸丙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯可与第三种成分共聚，该第三种成分可选自脂族二羧酸、芳族二羧酸、脂族二元醇或苯磺酸金属盐。

8、如权利要求7的方法，其中所述第三种成分选自苯二甲酸、己二酸、丁二醇、戊二醇、己二醇和苯磺酸金属盐。

9、如权利要求1的方法，其中所述聚合物中可添加添加剂，该添加剂选自消光剂、热稳定剂、消泡剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂、抗菌剂、阻燃剂、导电剂和颜料。

10、一种并列型复合纤维，其包含两种聚合物，即聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)和聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，其中PTT和PBT的重量比在30∶70至70∶30的范围内，PTT的固有粘度在0.80dL/g至1.20dL/g之间，PBT的固有粘度在0.58dL/g至0.78dL/g之间，且PTT的固有粘度大于PBT的固有粘度，二者的固有粘度差值(ΔIV)≥0.25dL/g。

11、如权利要求10的复合纤维，其中PTT的固有粘度在0.84dL/g至1.00dL/g之间。

12、如权利要求10的复合纤维，其中PBT的固有粘度在0.62dL/g至0.78dL/g之间。

13、如权利要求10的复合纤维，其中PTT和PBT的重量比在40∶60至60∶40的范围内。

14、如权利要求10的复合纤维，其中PTT和PBT的重量比在45∶55至55∶45的范围内。

15、如权利要求10的复合纤维，其中聚对苯二甲酸丙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯可与第三种成分共聚，该第三种成分可选自脂族二羧酸、芳族二羧酸、脂族二元醇和苯磺酸金属盐。

16、如权利要求15的复合纤维，其中所述第三种成分选自苯二甲酸、己二酸、丁二醇、戊二醇、己二醇和苯磺酸金属盐。

17、如权利要求10的复合纤维，其中所述聚合物中可添加添加剂，该添加剂选自消光剂、热稳定剂、消泡剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂、抗菌剂、阻燃剂、导电剂和颜料。

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