CN101200821B - 具有形状记忆特性的聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有形状记忆特性的聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维制备方法，包括：一、选用的聚酯聚合物具有至少0.8dL/g的特性粘数，包含至少85mol％聚对苯二甲酸丙二醇酯，其中至少85mol％重复单元由三亚甲基单元组成；二、聚合物通过螺杆熔融挤压机熔融、输送，熔体通过计量泵计量、喷丝板挤出，初生纤维经过侧吹风冷却后，依次通过一对牵伸热辊牵伸；三、牵伸后的纤维被引入一组带有蒸汽的组辊定型箱定型；四、最终丝束被引入卷绕头卷绕成型；本发明制得的纤维具有良好的卷装外观成型、纤维具有良好的结构稳定性、具有极其柔软的手感，且纤维具有更低的模量而仍具良好的弹性和拉伸回复性能，用该种工艺制得的纤维制成织物具有良好的形状记忆特性。

Description

具有形状记忆特性的聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维的制备方法

技术领域

本发明涉及一种聚酯长丝的制造方法，特别涉及具有形状记忆特性的聚对苯二甲酸丙二醇酯全牵伸丝的制造方法。

背景技术

“形状记忆材料”是指具有某一原始形状的制品，经过形变并固定后，在特定的外界条件(如热、机械、光、磁或电等外加刺激)下能自动回复到初始形状的一类材料。形状记忆纤维则是指纤维一次成型时，能记忆外界赋予的初始形状和特性，定型后的纤维可以任意的发生形变，并在较低的温度下将此形变固定下来(二次成形)或者是在外力的强迫下将此变形固定下来。但当给予变形的纤维特定的外部刺激条件时形状记忆纤维可回复至原始形状，也就是说最终的产品具有对纤维最初形状记忆的特性，使用该种形状记忆纤维制得的织物被称为形状记忆织物。

目前，形状记忆材料还处于起步研究阶段，国内外也仅发表了少量基础研究和综述文章，提出在纺织、生物医学材料、包装材料、工业密封材料等领域的各种用途。在纺织领域形状记忆材料主要用途包括运动服，军用作战服，登山服，帐篷等。利用聚氨酯的形状记忆功能，可以作矫形、保形用品如涂层绷带、腹带等。但是，由于目前还没有形状记忆纤维纺织加工具有形状记忆特性的织物，故其应用主要是通过在织物/非纺织物上层压聚氨酯膜或涂饰聚氨酯涂层来赋予织物以形状记忆的特征。如日本专利(公开号252353/1986)公开了由形状记忆树脂、形状记忆粘合剂和无纺布通过层压制备形状记忆织物的方法。美国专利(US5098776/1992；US5128197/1992)亦公开了一种形状记忆织物的制备方法，这种织物是由天然纤维/合成纤维和一层具有形状记忆的聚合物粉末组成。CN1706998A涉及一种形状记忆纤维及其制备方法，该形状记忆纤维是由形状记忆聚氨酯制成，所述聚氨酯由形成可逆相的组分(A)与形成固定相的组分(B)制备得到。CN1159498则提供了用于织物和成衣抗皱的形状记忆处理剂，包括主剂和辅剂两部分，在普通印染厂和服装厂设备上均可使用。处理后洗可穿级别大于3.5级，褶裥防皱大于4级。

聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)纤维兼具常规聚酯(PET)纤维和尼龙(PA)纤维的优点，成为新合纤的代表。PTT与PET相比具有许多优点，如模量小，弹性和拉伸回复性好、染色性好、手感柔软等。目前PTT长丝的纺丝生产通常采用聚对苯二甲酸乙二醇酯的生产装置来进行，生产工艺则仅根据PTT的物性加以适当的调整。其中热辊法纺丝、牵伸一步法工艺生产全牵伸丝最为普遍被采用，经过喷丝板挤出的熔体细流经过冷却后在一对牵伸辊中经过一定倍率的牵伸，并经过定型辊的定型，最后卷绕得到全牵伸丝。

众所周知，丝束的成纤加工过程中，纤维的牵伸和热处理在化纤生产中是一个非常重要的工艺过程，初生纤维经过牵伸后大分子取向程度和结晶程度得到提高，纤维的结晶规整性得到提高，从而纤维能获得后道纺织所必要的断裂强度。现有的PTT全牵伸丝制造方法通常将后道牵伸的牵伸倍率控制在1.3～3.5倍。这种现有的PTT全牵伸丝制造方法存在明显的缺陷，即牵伸后的纤维尽管经历了定型辊的热定型，但仍然存在较大的内应力，由于PTT纤维的玻璃化温度低，丝束在卷绕过程中会在筒管上产生较强的收缩从而造成卷装卡轴，给退卷带来困难，也造成了纤维结构和性能的不稳定。

现有技术中通过以下一些技术方案来弥补上述缺陷：一、采用较低的纺丝速度制得卷装成形良好的低取向丝，控制初生纤维的取向度来解决PTT的卷装成形问题，然后再对低取向的初生纤维进行牵伸加工制得全牵伸丝；二、减小卷装满卷重量，卷装量减小后筒管所承受的总应力减小，丝束的收缩程度得到控制，以此来实现顺利退卷的目的；三、卷绕前再增加一对热辊，通过进一步的松弛和延长纺程上丝束的松弛时间来消除丝束的残余应力。

但是，这些方法或降低生产效率，或制得的纤维成品结构和性能上还是存在很大的缺陷和不足，因此，结果都不尽理想。

发明内容

本发明目的是：提供一种具有形状记忆特性的聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维的制备方法，用该方法制得的纤维具有良好的卷装外观成型、良好的结构稳定性、极其柔软的手感，且纤维具有更低的模量而仍具良好的弹性和拉伸回复性能，用该方法制得的纤维制成的织物具有良好的形状记忆特性。

本发明的技术方案是：一种具有形状记忆特性的聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维制备方法，制得的纤维纤密度为22.2dtex～166.7dtex，单丝纤度为1.1dtex～3.3dtex。其包括：(a)选用的聚酯聚合物具有至少0.8dL/g的特性粘数，包含至少85mol％聚对苯二甲酸丙二醇酯，其中至少85mol％重复单元由三亚甲基单元组成；和(b)聚合物通过螺杆熔融挤压机，聚合物在240℃～260℃熔融、输送，熔体通过计量泵计量、喷丝板挤出，初生纤维经过侧吹风冷却后，依次通过一对牵伸热辊，实现1.0倍～3.0倍的牵伸，牵伸温度45℃～170℃；牵伸后的纤维被引入一组带有蒸汽的组辊定型箱，丝束松弛超喂4.0～15.0％，热处理温度80℃～150℃；最终丝束被引入卷绕头以2500m/min～4500m/min速度卷绕成型。上述制得的纤维单丝纤度更合适为1.1dtex～3.3dtex；一对牵伸热辊之间的牵伸倍率更好的控制在1.5～2.5倍，牵伸温度为60℃～135℃；蒸汽热定型的丝束超喂最好控制在7.0～10.0％，热处理温度控制在100～120℃；最终卷绕速度最好控制在3000～3600m/min。

PTT纤维具有良好的弹性和弹性回复性能，所以当牵伸倍率低于1.5倍时，最终纤维的弹性和拉伸回复性能会受到较大的影响；此外，PTT牵伸丝在经过如同常规PET纤维类似的纺程上热定型后纤维仍然发生收缩，这主要是由于PTT纤维超分子结构的特性及性能与PET纤维存在着较大的差异，PTT的玻璃化温度较低，所以成品纤维的结构性能更容易发生变化，纤维的应力松弛导致了纤维超分子结构的不稳定。经历了同样倍率的牵伸以及同样条件的热定型，相对来讲PTT的应力松弛要比PET难得多。然而发明人在实验中发现，当PTT丝束施以一定倍率的牵伸，通过将丝束引入带组对的热辊向后，纤维大分子的残余应力会大幅降低，且纤维的结构与性能有了意想不到的效果。因此本发明的技术关键是将PTT纺丝的牵伸过程后通过将丝束引入了带有蒸汽的热辊定型箱，在控制松弛超喂率的基础上，通过热蒸汽温度和停留时间的协同作用来进一步的强化应力松弛和热定型作用，从而有效的改善了卷装成形，更重要的是可以制得稳定结构与性能的纤维，特别是制得的纤维具有更低的模量、而仍具有极好的弹性和拉伸回复性能。本发明的优点是制得的PTT全牵伸丝既能保证了卷装的稳定性、纤维性能的稳定性，更是得到了常规工艺条件下难以制得的兼具高弹性、高拉伸回复性能和更低初始模量的PTT长丝。

本发明的优点是：

1.本发明可保证丝束经牵伸和热定型后基本不存在残余应力，丝束退卷顺畅；更重要的是制得了一种结构性能稳定、纤维良好机械性能和更低纤维模量，具有形状记忆特性的纤维制品。

2.本发明制得的纤维具有良好的卷装外观成型、良好的结构稳定性、极其柔软的手感，且纤维具有更低的模量而仍具良好的弹性和拉伸回复性能，用该方法制得的纤维制成的织物具有良好的形状记忆特性。

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

具体实施方式

实施例：取特性粘度为0.90～1.0dL/g的PTT切片，干燥后的切片含水率小于3Oppm，采用螺杆熔融挤出机进行熔融纺丝，螺杆加热区的温度控制220～265℃，选择所需的喷丝板组件，熔体经齿轮计量泵计量输出一定的泵供量。熔体通过喷丝板挤出后经过侧吹风的冷却凝固，丝束经过加湿、上油后，依次通过第一对牵伸辊、第二对牵伸辊和带蒸汽的组对热辊箱，最后丝束被引入卷绕头，卷绕制得具有形状记忆特性的PTT全牵伸丝。调整第一、二对牵伸辊之间的牵伸倍率；第一、二对牵伸辊的温度；以及带蒸汽组对热辊箱的蒸汽温度、丝束的松弛超喂率，控制在一定的范围内，详尽的工艺参数列于表1。

比较例：与实施例相比，只是丝束不经过带蒸汽的组对热辊箱，丝束经过牵伸后直接由第二对热辊被引入卷绕头，卷绕制得FDY。调整第一、二对牵伸辊之间的牵伸倍率；第一、二对牵伸辊的温度；以及丝束的卷绕超喂率，控制在一定的范围内，详尽的工艺参数列于表1。

各实施例和比较例得到的PTT全牵伸丝的性能指标见表2所列。

表中：

DR＝第二牵伸辊与第一牵伸辊的线速度比率，即丝束的牵伸倍率；

T1＝第一牵伸辊的温度；

T2＝第二牵伸辊的温度；

T3＝通入组对辊箱的蒸汽温度；

E＝丝束进入带蒸汽组对辊的超喂率(比较例1～3中指第二对牵伸辊对卷绕头的超喂率)；

表1：

	DR	T1℃	T2℃	T3℃	E％
						实施例1	1.00	55	125	100	2.0

实施例2	1.15	55	125	100	2.8
						实施例3	1.50	60	130	100	6.0
实施例4	1.80	60	130	100	9.0
						实施例5	1.70	60	130	80	6.5
实施例6	1.70	60	130	100	7.0
						实施例7	1.70	60	130	120	7.2
实施例8	1.70	60	125	115	4.0
						实施例9	1.70	60	125	115	8.0
实施例10	1.70	60	125	115	12.0
						比较例1	1.60	55	125	-	6.0
比较例2	1.65	60	135	-	8.0
						比较例3	1.65	60	165	-	8.0

表2：

	纤密度dtex/f	断裂强度cN/dtex	断裂伸长％	初始模量cN/dtex	拉伸回复率(15％)％
						实施例1	100/64	2.88	58.9	18.7	96
实施例2	100/64	2.76	56.4	18.0	96
						实施例3	100/64	3.12	42.3	17.7	99
实施例4	100/64	3.25	40.6	17.3	100
						实施例5	90/72	3.15	46.3	18.2	98
实施例6	90/72	3.11	48.4	17.8	99
						实施例7	90/72	3.09	48.9	17.5	100
实施例8	90/72	3.14	44.5	17.3	100

实施例9	90/72	3.07	46.8	16.7	100
						实施例10	90/72	3.00	48.2	16.3	100
比较例1	83/64	3.22	37.6	22.8	99

比较例2	83/64	3.21	38.7	22.4	100
						比较例3	83/64	3.18	39.5	22.2	100

在实施例中各指标的测试方法为：

特性粘度(dL/g)：国标(GB/T14190-1993)

断裂强度(cN/dtex)：国标(GB/T14346-1993)

断裂伸长(％)：国标(GB/T14346-1993)

初始模量(cN/dtex)：国标(GB/T14346-1993)

拉伸弹性回复性(％)：国标(GB/T14346-1993)

Claims (4)

1.一种具有形状记忆特性的聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维的制备方法，包括下列步骤：

一、选用的聚酯聚合物，该聚合物具有0.8dL/g以上的的特性粘数、包含85mol％以上的聚对苯二甲酸丙二醇酯、并且85mol％以上的重复单元由三亚甲基单元组成；

二、聚合物通过螺杆熔融挤压机熔融、输送，熔体通过计量泵计量、喷丝板挤出，初生纤维经过侧吹风冷却后，依次通过一对牵伸热辊牵伸；

三、牵伸后的纤维引入到一组带有蒸汽的组辊定型箱，在超喂4.0～15.0％，热处理温度80℃～150℃条件下进行定型；

四、最终把丝束引入卷绕头卷绕成型。

2.根据权利要求1所述的具有形状记忆特性的聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，牵伸倍率在1.0～3.0倍范围内，牵伸温度45℃～170℃。

3.根据权利要求1所述的具有形状记忆特性的聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤四中，卷绕头以2500m/min～4500m/min速度卷绕成筒。

4.根据权利要求1所述的具有形状记忆特性的聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤四中，成型后的纤维纤密度为22.2dtex～166.7dtex，单丝纤度为1.1dtex～5.5dtex。