CN100400725C - 抗静电、吸湿、可染皮芯型复合纤维及其制备方法 - Google Patents

抗静电、吸湿、可染皮芯型复合纤维及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种皮芯型复合纤维及其制备方法，纤维不含碳粉、碳纳米管，是由2种纯高聚物材料构成，纤维为白色，具有优良的吸湿性、抗静电性及可染性。纤维皮芯比为94/6～60/40，芯层为一种A-B嵌段共聚醚酯高聚物，皮层为可熔体纺丝的成纤高聚物。该纤维可纺长、短纤维，用作机织物、针织物或非织造布，赋予织物良好的吸湿性、抗静电性、干爽手感和高染色牢度。适用于内裤、衬衫、女式外套、外衣、衬里、窗帘、壁纸、褥单、被罩、填充棉以及电子、医药等高纯净环境工作服等用途。

Description

抗静电、吸湿、可染皮芯型复合纤维及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种皮芯型复合纤维，尤其是不含有碳粉、碳纳米管的纯高聚物皮芯型复合纤维。
背景技术
导电和抗静电纤维是一种高科技、高附加值的高分子纤维材料，在民用、产业用、装饰用和军用等方面都有非常重要和广泛的需求。目前高分子导电和抗静电纤维主要有以下几种：(1)纯导电高聚物纤维、(2)金属纤维、(3)高聚物表面渗碳纤维、(4)碳素导电纤维、(5)共混导电或抗静电纤维、(6)复合型导电纤维，这些纤维种类均存在以下不同缺点：
  纤维种类   缺点
  纯导电高聚物纤维   成本高
  金属纤维   不易纺织、不可染
  高聚物表面渗碳纤维   成本高、工艺复杂、纤维为黑色、不可染
  碳素导电纤维   成本高、模量高、不可染
  共混碳黑导电纤维   纺丝及拉伸可操作性差、纤维为黑色、不可染
  复合碳黑导电纤维   纺丝加工可操作性差、成本高、纤维为黑色、不可染
目前高分子导电和抗静电纤维多以碳黑及碳纳米管为导电介质，再以某种高聚物为载体构成共混物作为一种组分，以聚酯(PET、PBT等)、聚酰胺(PA6、PA66等)或聚丙烯(PP)等为另一组分，采用复合纺丝法纺制成3点式、4点式、皮芯式或“三明治”式等抗静电复合纤维。该法生产的纤维虽有较好的导电和抗静电性能，但由于碳黑(或所谓白碳黑)及碳纳米管在纺丝过程中易于沉积，堵塞过滤器、纺丝组件，甚至堵塞熔体管路，恶化纺丝加工操作性。而且纤维为黑色，无法进行染色。即使有使用所谓“白碳黑”作为导电介质材料，以求解决染色问题，但也无法避免上述纺丝加工性能不良的麻烦。也有专利为了解决染色难的问题，提出了不以碳黑或碳纳米管等作为导电介质。如：JP10-96118推出一种吸湿性优良的共聚酯材料及应用它制造的吸湿性皮芯型复合纤维。其皮层可用PET、PBT、PA6、PA66等高聚物材料，而芯层使用了吸湿性共聚酯。芯层吸湿性共聚酯是由亲水性化合物(A)及可阻碍结晶的单元(B)构成。A+B＝(55％～90％)PET为最佳，A/B＝70/30～90/10(mol)。A物以M＝4000～10000的PEG最佳(考虑与PET的相容性及在PET中分散性)；B物是为降低A的结晶性，与A具有类似构造，但带有可阻碍结晶的结构单元。它可分散在A中，也可与A嵌段化使用，经共聚后可大大提高共聚物的吸湿性。带有可阻碍结晶的结构单元的侧基可以是-CN、-F3CH3、-Cl3CH3、-NO2等，以-CN为最好。但该专利使用的芯层材料化学结构复杂，成本高，合成工艺困难。
JP2-99612中报道了一种皮层为PET，芯层为常温下吸湿率＞10％的吸湿性树脂的皮芯型纤维。但在织物精练及染色等热处理时，由于芯部树脂吸水后易膨胀，使纤维表面崩裂而溶于水流出，失去抗静电性能。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有高分子导电和抗静电纤维存在的几种缺陷，从而实现了一种不含碳粉、碳纳米管的纯高聚物材料皮芯型复合纤维，具有优良的吸湿性、抗静电性及可染性等多种功能。
本发明的技术方案是利用一种具有优良吸湿性能、可染性能及抗静电性能的嵌段共聚醚酯高聚物为芯层，以其它可熔纺的高聚物为皮层纺制成皮芯型复合纤维，从而赋予纤维相应的各项功能。
其中皮层组分为可熔体纺丝的成纤高聚物，选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、高温高压型阳离子染料可染聚酯、常压沸染型阳离子染料可染聚酯、常压沸染型分散染料可染聚酯、聚丙烯、聚酰胺6或聚酰胺66等其中的任何一种。
芯层组分为A-B嵌段共聚醚酯高聚物，选自聚对苯二甲酸乙二醇酯-聚乙二醇、聚对苯二甲酸乙二醇酯-聚丁二醇、聚对苯二甲酸乙二醇酯-聚丙二醇、聚对苯二甲酸丁二醇酯-聚乙二醇、聚对苯二甲酸丁二醇酯-聚丁二醇、聚对苯二甲酸丁二醇酯-聚丙二醇、聚对苯二甲酸丙二醇酯-聚乙二醇、聚对苯二甲酸丙二醇酯-聚丁二醇或者聚对苯二甲酸丙二醇酯-聚丙二醇等其中的任何一种。
皮芯型抗静电复合纤维的制造方法为将上述皮层和芯层材料采用复合纺丝设备，用2台螺杆挤出机分别熔融皮、芯层高聚物，将高聚物熔体经计量泵计量后输送到复合纺丝组件挤出，熔体丝条冷却、上油、卷绕再拉伸、定型后得到皮芯型复合纤维。
皮芯型抗静电复合纤维可以采用常规低速纺丝-拉伸(UDY-DT)、高速纺丝-拉伸
(POY-DT)、高速纺丝-假捻变形(POY-DTY)、纺-牵联合一步法(FDY)等加工工艺制成成品丝。
该皮芯型复合纤维的皮/芯比例(质量比)在94/6～60/40范围内。芯层含量过高，虽吸湿性能、可染性能及抗静电性能更加优异，但是纺丝过程的可操作性恶化，纤维强度下降，不能满足纺织加工要求；芯层含量过低，则得不到应有的吸湿、抗静电等功能性。该复合纤维的规格及物理机械性能完全可以满足纺织加工的要求。
纤维可纺长、短纤维，用作机织物、针织物或非织造布，具有良好的吸湿性、干爽手感和高染色牢度。适用于内裤、衬衫、女式外套、外衣、衬里、窗帘、壁纸、褥单、被罩、填充棉以及电子、医药等高纯净环境工作服等用途。
具体实施方式
下面将通过实施例进一步对本发明进行描述，显然本发明不仅仅局限于下述实施例。
实施例1：
皮芯型复合纤维是利用2个螺杆，控制各自的温度，分别熔融构成皮-芯的高温高压型阳离子染料可染聚酯(CDP)(B)、PBT-PEG共聚醚酯(A)2种原料，经各自的熔体管路输送到纺丝箱体，再由计量泵将熔体按规定定量地送入皮芯型复合纺丝组件挤出、冷却、上油、卷绕后得到皮-芯型复合纤维的原丝，原丝再经拉伸定型便可得到成品皮芯型纤维。纺丝温度275℃，卷绕速度2200m/min，拉伸温度80℃，定型温度156℃，拉伸倍数2.5倍。该纤维的平衡回潮率为2.5％，可染任何颜色。表1是在标准温、湿度条件下不同皮/芯(B/A)比例纤维染色前与染色后的比电阻值的比较。
表1复合纤维的比电阻值(M Ω·cm)
可见，皮芯型复合纤维的比电阻值可以达到107Ω·cm，且随芯层含量的增加，比电阻值下降。染色后纤维的比电阻值较染色前更优，表明该皮芯纤维能够经受染整加工的高温处理，具有耐久抗静电性。皮芯复合纤维的规格为75dtex/36f或125dtex/36f等，断裂强度大于3.0cN/dtex，断裂伸长为20％～25％，完全可以满足纺织加工的要求。
实施例2：
皮芯型复合纤维是利用2个螺杆，控制各自的温度，分别熔融构成皮-芯的常压沸染型阳离子染料可染聚酯(ECDP)(B)、PET-PEG共聚醚酯(A)2种原料，B/A＝70/30(质量比)，经各自的熔体管路输送到纺丝箱体，再由计量泵将熔体按规定定量地送入皮芯型复合纺丝组件挤出、冷却、上油、热辊拉伸，经卷绕后得到皮-芯型复合纤维成品丝。纺丝温度270℃，卷绕速度1800m/min范围内调整，拉伸温度80℃，定型温度160℃，拉伸倍数2.7倍。该纤维的平衡回潮率为2.6％，可染任何颜色，在标准条件下测得的纤维比电阻值为107Ω·cm。
实施例3：
皮芯型复合纤维是利用2个螺杆，控制各自的温度，分别熔融构成皮-芯的常压沸染型阳离子染料可染聚酯(ECDP)(B)、PBT-PEG共聚醚酯(A)2种原料，B/A＝72/28(质量比)，经各自的熔体管路输送到纺丝箱体，再由计量泵将熔体按规定定量地送入皮芯型复合纺丝组件挤出、冷却、上油、卷绕后得到皮-芯型复合纤维的原丝，原丝再经拉伸定型便可得到成品皮芯型纤维。纺丝温度270℃，卷绕速度1200m/min，拉伸温度80℃，定型温度155℃，拉伸倍数3.2倍。该皮芯型复合纤维织物同样具有良好的抗静电性能，织物的初始摩擦静电压仅为0.14kV，半衰期为3.4s，并且静电衰减的速度很快，10s后静电压仅剩0.03kV，然后很快衰减为0。
实施例4：
皮芯型复合纤维是利用2个螺杆，控制各自的温度，分别熔融构成皮-芯的PP(B)、PBT-PEG共聚醚酯(A)2种原料，B/A＝80/20，经各自的熔体管路输送到纺丝箱体，再由计量泵将熔体按规定定量地送入皮芯型复合纺丝组件挤出、冷却、上油、卷绕后得到皮-芯型复合纤维的原丝，原丝再经拉伸定型便可得到成品皮芯型纤维。纺丝温度240℃，卷绕速度1200m/min，拉伸温度60℃，定型温度120℃，拉伸倍数4.1倍。复合纤维强度3.30cN/dtex，断裂伸长31％，上染率90.4％(分散染料)，保水率10.8％，标准状态下的平衡回潮率为1.59％，织物同样具有良好的抗静电性能，织物的初始摩擦静电压仅为0.93kV，半衰期较长为21s。染色纤维的光学显微镜照片显示出芯层上染，皮层未上染，目测是一种朦胧色。
实施例5：
皮芯型复合纤维是利用2个螺杆，控制各自的温度，分别熔融构成皮-芯的PA6(B)、PBT-PEG共聚醚酯(A)2种原料，B/A＝85/15，经各自的熔体管路输送到纺丝箱体，再由计量泵将熔体按规定定量地送入皮芯型复合纺丝组件挤出，采用了FDY加工工艺，初生纤维经冷却、上油、拉伸及定型，卷绕后得到皮-芯型复合纤维。纺丝温度260℃，拉伸温度65℃，定型温度130℃，卷绕速度2400m/min，拉伸倍数2.4倍。复合纤维的强度3.90cN/dtex，断裂伸长14％，上染率89％(酸性染料)，保水率34％，标准状态下的平衡回潮率为4.78％，织物的初始摩擦静电压仅为1.79kV，半衰期较长为5.35s。
比较例1：
以ECDP为原料进行单组分纺丝，得到常规的ECDP纤维，该纤维的平衡回潮率为0.52％，在标准条件下测得的纤维比电阻值为2.6×1010Ω·cm。
比较例2：
以PBT-PEG共聚醚酯为原料进行单组分纺丝，得到的纤维的平衡回潮率为6.42％，在标准条件下测得的纤维比电阻值为4.01×106Ω·cm，但是纤维的强度只有1.1cN/dtex，不能满足纺织加工要求。

Claims (1)

1.一种抗静电、吸湿、可染皮芯型复合纤维，当皮层为常压沸染型阳离子染料可染聚酯(ECDP)时，芯层为聚对苯二甲酸丁二醇酯-聚丁二醇(PBT-PBG)或聚对苯二甲酸乙二醇酯-聚乙二醇(PET-PEG)或聚对苯二甲酸丁二醇酯-聚乙二醇(PBT-PEG)；当皮层为高温高压型阳离子染料可染聚酯(CDP)时，芯层为聚对苯二甲酸丁二醇酯-聚丁二醇(PBT-PBG)或聚对苯二甲酸乙二醇酯-聚乙二醇(PET-PEG)或聚对苯二甲酸丁二醇酯-聚乙二醇(PBT-PEG)；当皮层为聚丙烯(PP)时，芯层为聚对苯二甲酸丁二醇酯-聚丁二醇(PBT-PBG)或聚对苯二甲酸乙二醇酯-聚乙二醇(PET-PEG)或聚对苯二甲酸丁二醇酯-聚乙二醇(PBT-PEG)；上述皮/芯质量比在94/6～60/40范围内。
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Granted publication date: 20080709

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