CN101851812B - 一种并列复合型弹性纤维及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种并列复合型弹性纤维及其制造方法，由聚对苯二甲酸丁二醇酯与聚对苯二甲酸乙二醇酯以70∶30～30∶70的重量比进行并列复合纺丝后经假捻加工制得的并列复合型弹性纤维。其中聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性粘度为0.45～0.60dl/g，聚对苯二甲酸丁二醇酯与聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性粘度差为0.40～1.05dl/g。本发明的弹性纤维弹性伸长率为130～220％，弹性回复率在85％以上。

Description

一种并列复合型弹性纤维及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种并列复合型弹性纤维，特别涉及一种含聚对苯二甲酸丁二醇酯的双组分弹性纤维。
背景技术
复合纤维是国际上60年代发展起来的一种化学纤维新品种，其中两组分的复合纤维也称双组分纤维或共轭纤维。它是将组分、配比、粘度等不同的两种成纤高聚物熔体，分别输送到同一纺丝组件，在组件的适当部位汇合，从同一喷丝孔喷出成为一根纤维。
并列型复合纤维是开发最早、产量较大、比较重要的复合纤维品种，最初人们研究、开发复合纤维时，主要想用化学纤维模拟天然羊毛的卷曲性弹性。随着人们对微观结构的不断深入，发现羊毛的横截面与其它天然纤维不同，它是由近似为两个半圆形、彼此紧密粘合在一起的正皮质和仲皮质构成的。这两部分的各种结构单元(微纤结晶区和无序区等)的性质和排列是不同的。在干燥状态仲皮质收缩比正皮质略小，因此造成沿纤维轴向互相环绕或互相扭去，而呈现螺旋状的主体卷曲。具有高度自然卷曲和膨松性的并列型复合纤维正是在羊毛类角朊纤维的仿生启示下研制成功的。这种复合纤维的制法是：将热胀缩性或湿胀缩性不同的两种聚合物，像羊皮的两种皮质那样，并列地纺成一根单丝，通过加热使之收缩，这样就可以得到螺旋状的立体卷曲。由于这种卷曲出自纤维的内在性质，因而与一般纤维通过外部施加热和机械作用的卷曲形变不同，是永久性的。
中国专利CN 1962968A公开了一种PBT/PET三维卷曲纤维的制备方法及应用，采用特性粘度为1.00dl/g的PBT切片和特性粘度为0.64dl/g的PET为原料，PBT低温熔融高温挤出，PET高温熔融低温挤出，通过并列型复合组件得到并列纤维卷绕丝，卷绕丝经平衡、集束、浸油水浴拉伸，上油、切断和松弛热定型得到PBT/PET三维卷曲纤维。通过这两种特性粘度的PBT与PET组合，经过延伸切断得到的弹性纤维，但是由于特性粘度差较小，且PET特性粘度大，纤维的潜在收缩率不高，延伸后不能获得较高的弹性伸长率及弹性回复率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种弹性好、弹性回复率高的双组分弹性纤维及其制备方法。
发明的技术方案如下：
一种并列复合型弹性纤维，由聚对苯二甲酸丁二醇酯与聚对苯二甲酸乙二醇酯以70∶30～30∶70的重量比进行并列复合纺丝后经假捻加工制得，其中，聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性粘度为0.45～0.60dl/g，聚对苯二甲酸丁二醇酯与聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性粘度差为0.40～1.05dl/g。
选用聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性粘度为0.45～0.60dl/g，是低于普通聚对苯二甲酸乙二醇酯(特性粘度为0.64dl/g左右)量产品的，这是因为如果采用特性粘度相对较高的聚对苯二甲酸乙二醇酯与聚对苯二甲酸丁二醇酯组合，经熔融复合纺丝得到的并列纤维及由该纤维得到的织物弹性伸长率较差，如果采用特性粘度过低的聚对苯二甲酸乙二醇酯与聚对苯二甲酸丁二醇酯组合，则通过复合纺丝得到的并列纤维性能提升不高，且成本提高，纺丝性变差。本专利所提及的聚对苯二甲酸乙二醇酯也包括了改性聚对苯二甲酸乙二醇酯，如阳离子聚对苯二甲酸乙二醇酯、难燃聚对苯二甲酸乙二醇酯、全消光聚对苯二甲酸乙二醇酯等。
选用与聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性粘度差为0.40～1.05dl/g的聚对苯二甲酸丁二醇酯，这是因为特性粘度差低于0.40dl/g，则纤维弹性不明显；特性粘度差增大，则弹性性能提高，当粘度差高于1.05dl/g之后，弹性性能提高程度降低，且高粘度差会导致纺丝性变差，喷丝板孔口弯曲效应变大，纺丝困难，因此选择特性粘度差为0.40～1.05dl/g较合适。
为了成本及弹性性能考虑，选择聚对苯二甲酸丁二醇酯与聚对苯二甲酸乙二醇酯的重量比为70∶30～30∶70。
采用的聚对苯二甲酸丁二醇酯，优选特性粘度为1.00～1.50dl/g，特性粘度太高会导致熔融复合纺丝困难，且切片成本上升；特性粘度太低则通过熔融复合纺丝得到的并列纤维弹性性能不明显。
本发明的弹性纤维截面形状可以为圆形、双仁花生形等。因为是假捻加工纤维，所以优选截面形状为圆形。且因喷丝孔带有隔板设计，两组分聚合物在喷丝孔后粘结，孔口弯曲效应降低，纺丝性提高。
由于需求与用途的差异，优选弹性纤维的单丝纤度范围为0.45～7.00dtex，在此范围的弹性纤维，纤度由33dtex至167dtex，单束纤维根数可由24根至72根，可满足多种用途。
本发明纤维的制造方法，具体是将特性粘度为0.45～0.60dl/g的聚对苯二甲酸乙二醇酯切片，以及与聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性粘度差为0.40～1.05dl/g的聚对苯二甲酸丁二醇酯切片，分别干燥至水分100ppm以下，分别送入A和B螺杆熔融挤出，其中聚对苯二甲酸丁二醇酯的熔融挤出温度为245～285℃，且温度越低，弹性纤维弹性性能越好；聚对苯二甲酸乙二醇酯的熔融挤出温度为275～300℃，然后在265～295℃的纺丝箱体温度条件下，通过计量泵，经隔板型并列喷丝板挤出成型，在速度为2500～5000m/min的条件下卷取，对卷取丝进行假捻加工，在倍率为1.20～2.50的条件下制得并列复合型弹性纤维。
假捻加工采用热针延伸假捻加工，热针设置在喂丝罗拉之后，热箱之前，其温度为70～110℃，热针处延伸倍率为1.20～2.50，假捻加工温度为170～210℃，在该加工温度范围内，弹性变化不明显，当超过210℃以后，加工后的弹性纤维会产生融着，假捻处加工倍率为1.10～1.00，加工速度为300～800m/min。加工倍率由热针处加工倍率与假捻处加工倍率两部分组成，并且假捻处加工倍率为1.10～1.00，其余均为热针处加工倍率。
本发明的优点是：常规聚对苯二甲酸丁二醇酯纤维由于切片价格较高，因而适用范围受到限制，而且单成分聚对苯二甲酸丁二醇酯纤维的弹性伸长率较高，但弹性回复率较差。使用聚对苯二甲酸丁二醇酯与聚对苯二甲酸乙二醇酯组合来制造弹性纤维，纤维原料成本下降，在保证弹性伸长率的情况下，提高了弹性回复率。对卷曲丝采用热针延伸假捻加工，一是两组分粘度差产生的自然卷曲，它是纤维结构决定的，因而具有永久性；二是假捻加工给纤维物理加弹，因而可以获得比延伸丝更好的弹性。通过本技术生产的弹性纤维的弹性伸长率为130～220％，弹性回复率在85％以上。
说明书及实施例中提及的弹性伸长率、弹性回复率测定方法参照JIS L1090标准测定。
附图说明
图1是本发明并列复合型弹性纤维的截面形状图。
具体实施方式：
下面通过具体实施例对本发明作进一步说明。以下实施例不应看作是对本发明的限制。
实施例1
熔融法制备双组分弹性纤维，选取特性粘度为1.31dl/g的聚对苯二甲酸丁二醇酯与特性粘度为0.51dl/g的聚对苯二甲酸乙二醇酯进行复合纺丝，它们的特性粘度差为0.80dl/g。分别干燥，使其水分小于100ppm，将干燥后的聚对苯二甲酸丁二醇酯与聚对苯二甲酸乙二醇酯以50∶50的重量比分别投入1号/2号纺丝箱。设定纺丝温度，1号挤出机螺杆温度265℃；2号纺丝机螺杆温度285℃；纺丝箱体温度为270℃。使用并列型喷丝板进行纺出，设定卷绕速度为2500m/min，控制原丝品种300dtex/48F。
对卷绕好的预取向丝进行假捻加工，假捻机上喂丝罗拉后的热针温度设定80℃，热箱温度190℃，热针处的延伸倍率设定1.85，热箱处的延伸倍率设定1.0，总延伸倍率为1.85，延伸速度500m/min。最终的DTY品种167dtex/48F，单丝纤度为3.48dtex。
测定延伸假捻后的DTY丝强度、断裂伸长率、弹性伸长率、弹性回复率。具体数值见表1。
实施例2
采用与实施例1相同的聚合物重量比、纺丝温度、纺丝速度、原丝品种、加工方式、加工温度、加工倍率、加工速度，但改变两种聚合物的特性粘度差，选取特性粘度为1.50dl/g的聚对苯二甲酸丁二醇酯与特性粘度为0.45dl/g的聚对苯二甲酸乙二醇酯进行复合纺丝，它们的特性粘度差为1.05dl/g。具体数值见表1。
实施例3
采用与实施例1相同的聚合物重量比、纺丝温度、纺丝速度、原丝品种、加工方式、加工温度、加工倍率、加工速度，但改变两种聚合物的特性粘度差，选取特性粘度为1.00dl/g的聚对苯二甲酸丁二醇酯与特性粘度为0.60dl/g的聚对苯二甲酸乙二醇酯进行复合纺丝，它们的特性粘度差为0.40dl/g。具体数值见表1。
实施例4
采用与实施例1相同特性粘度的聚合物、纺丝温度、纺丝速度、原丝品种、加工方式、加工温度、加工倍率、加工速度，但改变两种聚合物的重量比。聚对苯二甲酸丁二醇酯与聚对苯二甲酸乙二醇酯的重量比有50∶50变为70∶30。具体数值见表1。
实施例5
采用与实施例1相同特性粘度的聚合物、纺丝温度、纺丝速度、原丝品种、加工方式、加工温度、加工倍率、加工速度，但改变两种聚合物的重量比。聚对苯二甲酸丁二醇酯与聚对苯二甲酸乙二醇酯的重量比有50∶50变为30∶70。具体数值见表2。
实施例6
采用与实施例1相同特性粘度的聚合物、聚合物重量比、纺丝速度、原丝品种、加工方式、加工温度、加工倍率、加工速度，但改变聚对苯二甲酸丁二醇酯的纺丝温度。聚对苯二甲酸丁二醇酯的螺杆温度由265℃降低为245℃。具体数值见表2。
实施例7
采用与实施例1相同特性粘度的聚合物、聚合物重量比、纺丝温度、加工方式、加工温度、加工速度，但改变纺丝速度。纺丝速度由2500m/min上升为4000m/min。原丝品种相应变为200dtex/48F，热针处的延伸倍率变为1.20，最终的DTY品种仍为167dtex/48F。具体数值见表2。
实施例8
采用与实施例1相同特性粘度的聚合物、聚合物重量比、纺丝温度、纺丝速度、加工方式、加工温度、加工倍率、加工速度，但改变原丝品种为60dtex/72F，最终的DTY品种33dtex/72F，单丝纤度为0.46dtex。具体数值见表2。
实施例9
采用与实施例1相同特性粘度的聚合物、聚合物重量比、纺丝温度、纺丝速度、加工方式、加工温度、加工倍率、加工速度，但改变原丝品种为300dtex/24F，最终的DTY品种167dtex/24F，单丝纤度为6.96dtex。具体数值见表3。
实施例10
采用与实施例1相同特性粘度的聚合物、聚合物重量比、纺丝温度、纺丝速度、原丝品种、加工方式、加工倍率、加工速度，但改变加工温度。热针温度由80℃上升为110℃，热箱温度由190℃上升为210℃。具体数值见表3。
对比例1
采用与实施例1相同的聚合物重量比、纺丝温度、纺丝速度、原丝品种、加工方式、加工温度、加工倍率、加工速度，但改变两种聚合物的特性粘度差，选取特性粘度为1.31dl/g的聚对苯二甲酸丁二醇酯与特性粘度为0.64dl/g的聚对苯二甲酸乙二醇酯进行复合纺丝，它们的特性粘度差为0.67dl/g。具体数值见表3。
对比例2
采用与实施例1相同特性粘度的聚合物、聚合物重量比、纺丝温度、纺丝速度、原丝品种、加工温度、加工倍率、加工速度，但改变加工方式，不采用热针进行加工，仅使用热箱，热箱温度与实施例1相同，为190℃。具体数值见表3。
表1
  项目   单位   实施例1   实施例2   实施例3   实施例4
POY品种   -   300dtex/48F   300dtex/48F   300dtex/48F   300dtex/48F
  PBT特性粘度   dl/g   1.31   1.50   1.00   1.31
  PET特性粘度   dl/g   0.51   0.45   0.60   0.51
  特性粘度差   dl/g   0.80   1.05   0.40   0.80
  PBT/PET质量比   -   50/50   50/50   50/50   70/30
  PBT纺丝温度   ℃   265   265   265   265
  PET纺丝温度   ℃   285   285   285   285
  纺丝速度   m/min   2500   2500   2500   2500
DTY品种 -   167dtex/48F   167dtex/48F   167dtex/48F   167dtex/48F
  单丝纤度   dtex   3.48   3.48   3.48   3.48
  DTY倍率   -   1.85   1.85   1.85   1.85
  热针倍率   -   1.85   1.85   1.85   1.85
  热箱倍率   -   1.0   1.0   1.0   1.0
  热针温度   ℃   80   80   80   80
  热箱温度   ℃   190   190   190   190
  加工速度   m/min   500   500   500   500
DTY强度   cN/dtex 3.32 3.02 3.61 3.18
  DTY断裂伸长率   ％   22.6   20.4   21.9   19.7
  DTY弹性伸长率   ％   187.5   200.7   140.8   216.9
  DTY弹性回复率   ％   90.2   86.0   91.5   87.8
表2
项目 单位 实施例5   实施例6 实施例7 实施例8
POY品种   300dtex/48F   300dtex/48F 200dtex/48F 60dtex/72F
  PBT特性粘度   dl/g   1.31   1.31   1.31   1.31
  PET特性粘度   dl/g   0.51   0.51   0.51   0.51
  特性粘度差   dl/g   0.80   0.80   0.80   0.80
  PBT/PET质量比   -   30/70   50/50   50/50   50/50
  PBT纺丝温度   ℃   265   245   265   265
  PET纺丝温度   ℃   285   285   285   285
  纺丝速度   m/min   2500   2500   4000   2500
DTY品种 dtex/F   167dtex/48F   167dtex/48F   167dtex/48F   33dtex/72F
  单丝纤度   dtex   3.48   3.48   3.48   0.46
  DTY倍率   -   1.85   1.85   1.20   1.85
  热针倍率   -   1.85   1.85   1.20   1.85
  热箱倍率   -   1.0   1.0   1.0   1.0
  热针温度   ℃   80   80   80   80
  热箱温度   ℃   190   190   190   190
  加工速度   m/min   500   500   500   500
  DTY强度   cN/dtex   3.54   3.41   3.30   3.74
  DTY断裂伸长率   ％   22.2   20.7   23.5   20.7
  DTY弹性伸长率   ％   152.3   201.5   185.8   224.2
  DTY弹性回复率   ％   86.9   91.0   90.0   87.0
表3
  项目   单位   实施例9   实施例10   对比例1   对比例2
POY品种 -   300dtex/24F   300dtex/48F   300dtex/48F   300dtex/48F
  PBT特性粘度   dl/g   1.31   1.31   1.31   1.31
  PET特性粘度   dl/g   0.51   0.51   0.64   0.51
  特性粘度差   dl/g   0.80   0.80   0.67   0.80
  PBT/PET质量比   -   50/50   50/50   50/50   50/50
  PBT纺丝温度   ℃   265   265   265   265
  PET纺丝温度   ℃   285   285   285   285
  纺丝速度   m/min   2500   2500   2500   2500
DTY品种 -   167dtex/24F   167dtex/48F   167dtex/48F   167dtex/48F
  单丝纤度   dtex   6.96   3.48   3.48   3.48
  DTY倍率   -   1.85   1.85   1.85   1.85
  热针倍率   -   1.85   1.85   1.85   不使用
  热箱倍率   -   1.0   1.0   1.0   1.85
  热针温度   ℃   80   110   80   不使用
  热箱温度   ℃   190   210   190   190
  加工速度   m/min   500   500   500   500
DTY强度   cN/dtex 3.15 3.22 3.23 3.35
  DTY断裂伸长率   ％   21.7   22.8   23.4   24.1
  DTY弹性伸长率   ％   155.0   196.3   78.5   90.9
  DTY弹性回复率   ％   87.0   86.2   82.6   83.6

Claims (5)

1.一种并列复合型弹性纤维，其特征在于：该纤维由聚对苯二甲酸丁二醇酯与聚对苯二甲酸乙二醇酯以70∶30～30∶70的重量比进行并列复合纺丝后经假捻加工制得，其中，聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性粘度为0.45～0.60dl/g，聚对苯二甲酸丁二醇酯与聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性粘度差为0.40～1.05dl/g，并且该弹性纤维的弹性伸长率为130～220％，弹性回复率在85％以上。
2.根据权利要求1所述的并列复合型弹性纤维，其特征在于：聚对苯二甲酸丁二醇酯的特性粘度为1.00～1.50dl/g。
3.根据权利要求1或2所述的并列复合型弹性纤维，其特征在于：该弹性纤维截面形状为圆形，单丝纤度为0.45～7.0dtex。
4.一种权利要求1所述的并列复合型弹性纤维的制造方法，其特征在于：将特性粘度为0.45～0.60dl/g的聚对苯二甲酸乙二醇酯切片，以及与聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性粘度差为0.40～1.05dl/g的聚对苯二甲酸丁二醇酯切片，分别干燥至水分100ppm以下，分别送入A和B螺杆熔融挤出，其中聚对苯二甲酸丁二醇酯的熔融挤出温度为245～285℃，聚对苯二甲酸乙二醇酯的熔融挤出温度为275～300℃，然后在265～295℃的纺丝箱体温度条件下，通过计量泵，经隔板型并列喷丝板挤出成型，在速度为2500～5000m/min的条件下卷取，对卷取丝进行假捻加工，在倍率为1.20～2.50的条件下制得并列复合型弹性纤维。
5.根据权利要求4所述的并列复合型弹性纤维的制造方法，其特征在于：所述假捻加工为热针延伸假捻加工，其热针温度为70～110℃，假捻加工温度为170～210℃，加工倍率由热针处加工倍率与假捻处加工倍率两部分组成，热针处加工倍率为1.20～2.50，假捻处加工倍率为1.10～1.00，加工速度为300～800m/min。
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