CN102978724B - 一种双组份并列复合纤维及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双组份并列复合纤维及其制备方法。所述的双组份并列复合纤维，其特征在于，在其横截面中，并列的两组份的形状分别为扇环形和圆形或椭圆形，所述扇环形与所述的圆形或椭圆形外接相连。本发明根据不同的生产要求调节纺丝工艺，实现纤维的弹性可控；广泛用于各种不同粘度的同种原料进行纺丝，降低了生产成本；根据不同的产品需求，喷丝微孔形状以及联接方式可相应的改变，纤维的弹性和吸湿排汗功能也随之改变。

Description

一种双组份并列复合纤维及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种双组份并列复合纤维及其制备方法，属于功能纤维技术领域。

背景技术

随着杜邦公司推出了大规模(Lycra)莱卡产品的生产，弹性纤维引起了广泛的关注。国内称其为氨纶，聚氨酯弹性纤维的伸长率很大，强力，耐老化等性能均优于橡胶丝，得到人们的青睐。但由于聚氨酯的弹性纤维生产设备及工艺复杂，原料及加工成本高，污染严重等问题限制了它的应用。

为了进一步满足市场要求，而且从降低成本和加工方便等方面考虑，聚酯类弹性纤维获得了巨大发展空间，双组份复合弹性纤维具有较低的模量，纤维及其制品的拉伸性和压缩性极好，手感柔软，卷曲性好等。

复合纺丝是将两种或两种以上的成纤高聚物熔体，利用其品种，粘度或配比不同，分别通过各自的熔体管道，在有多块分配板组合而成的复合组件进行分配，到达喷丝板时以各种方式汇合，形成复合熔体流，从同一喷丝孔中喷出成丝束。这样形成的丝束就是复合纤维。其中两种组份的复合纤维称为双组份纤维。双组份纤维的两种组份沿着纤维轴向有连续而明显的单组份区域或相界面。1959年，杜邦公司首批商业化生产了丙烯腈系复合纤维“Orlon sayelle”，其结构为并列型。1965年日本钟纺也研制出了并列型自卷曲复合纤维“尼龙22”，将其用于女士长筒袜。此后其他各种形式的并列型复合纤维不断涌现，从而创造了许多独具风格的纤维和纺织品。我国从70年代开始对复合纺丝技术进行研究，以复合形式分为并列型、皮芯型、裂片型与海岛型等。

并列型复合纤维采用两种收缩性能不同的聚合物材料制造出并列结构的纤维，这是一类由结构或性能不同的两种聚合体，通过双组分复合纺丝制成的卷曲弹性纤维。两种不同特性的高聚物，按一定比例通过并列复合纺丝形成双组分复合丝。由于纤维内平行排列的两组分具有不同的收缩性和初始模量。复合纤维纺丝牵伸时，两组分产生相同的伸长，但受热后则由于两组分收缩应力不同而产生异收缩效应，并且两组分是粘贴在一起的。因此，收缩时相互有协调牵制作用，收缩快的组分对收缩慢的组分产生收缩压力；反之，收缩快的组分受到收缩慢的组分产生的反向拉伸力。当这两种作用力随着收缩变形到一定程度后达到平衡，收缩力和拉伸力组成一对力偶，在此力偶作用下，整根纤维自发地产生扭转，形成螺旋卷曲的纤维。这种卷曲状的纤维像弹簧一样，具有不同程度的伸缩性和弹性，因此获得螺旋卷曲的关键是是两组份具有潜在的收缩应力差，这种双组分卷曲弹性纤维和天然羊毛的卷曲弹性非常相似，赋予纤维良好的弹性。

但是在纺丝过程中，两组份高聚物常常由于粘度不同，在纺丝过程中可能在喷丝板处产生“弯角”问题而无法顺利纺丝，或者相容性差导致两组份开裂。现在市面上多数并列复合纤维的两组份截面形状都是对称分布的，还未见有不对称结构的并列复合纤维的出现。

例如中国专利申请号为200910096552.6异形复合纤维，中国专利申请号为98111067.3提到了一种并列双组份复合多孔中空立体卷曲纤维，中国专利申请号为200820095135.0生产双十字形并列复合纤维的双通道喷丝板，以及中国专利申请号为200820058293.9新型异形放丝喷丝板，以及中国专利申请号为200920073417.5一种仿十字形ECDP/PET复合纤维等。

近年来，随着人们对面料舒适性、健康性等要求也越来越高，随着人们在户外活动时间的增加，即要求面料有良好的弹性，又要求在汗流浃背的同时，服装不会粘贴皮肤而产生冷湿感。

随着生产技术的不断发展，出现了双十字形，8字型，花生形等各种形状的新型并列复合纤维。但现有的并列复合纤维中两种组份的截面是对称的，这使得纤维的光泽度，吸湿性等性质并不理想，而且两组份的特性粘度差异常常被限制在0～0.3dl/g之间，对于原料的选择和大规模生产都造成了极大的限制；由于结构上的对称也使得纤维卷曲性能受到限制，这种弹性纤维的性能根本无法与天然纤维相比，由于弹性纤维多用于贴身面料或强调修身效果的衣物，常常会出现不透气，紧绷等不舒适感，从而限制了其市场应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种双组份并列复合纤维及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一种双组份并列复合纤维，其特征在于，在其横截面中，并列的两组份的形状分别为扇环形和圆形或椭圆形，所述扇环形与所述的圆形或椭圆形外接相连。

优选地，所述的外接相连是指相切或者由连接段连接。

优选地，所述的扇环形与所述的圆形或椭圆形的连接位置为扇环形外圆弧的中部。

优选地，所述的扇环形的圆心角为90～270°。

本发明还提供了上述双组份并列复合纤维的制备方法，采用复合纺丝工艺，经复合纺丝组件将两组份熔体通过异形喷丝板挤出，吹风冷却后经牵伸、热处理和卷绕，最终得到双组份并列复合纤维，其特征在于，所述的吹风冷却步骤中，吹风方向正对扇环开口，风温21～25℃，风速0.4～0.55m/s；所述的牵伸步骤中，热盘温度70～85℃，热板温度为130～150℃，拉伸比为2.5～3.5，牵伸速度为230～245m/min；所述的热处理步骤为将纤维在90～100℃的热水中放置20～25min。

优选地，所述的两组份为PTT和PET，PTT的纺丝箱体温度为258～270℃，PET的纺丝箱体温度为280～290℃。

优选地，所述的两组份为ECDP和PET，ECDP的纺丝箱体温度为283～287℃，PET的纺丝箱体温度为280～288℃。

优选地，所述的两组份为低粘度PET和高粘度PET，低粘度PET和高粘度PET的粘度分别为0.58～0.65dl/g和1.0～1.05dl/g，低粘度PET的纺丝箱体温度为280～285℃，高粘度PET的纺丝箱体温度为285～298℃。

优选地，所述的异形喷丝板的喷丝微孔的横截面形状为扇环形和圆形或椭圆形组成的并列双联形状，所述的并列双联形状是指扇环形和圆形或椭圆形相外切或通过连接段相连。

更优选地，所述的扇环形的外圆弧所在圆的直径R1与圆形的直径R2或椭圆形的长轴长a相差0～0.8mm；其中扇环形的外圆弧所在圆的直径R1为1.3～2.1mm，扇环形的外圆弧所在圆的半径r1与内圆弧所在圆的半径r2之差为0.06～0.15mm，扇环形的外圆弧的圆心角α为90～270°。

更优选地，所述的连接段的中心高为0.4～1.4mm。

更优选地，当两组份粘度之差大于0.3dl/g时，低粘度组分经过异形喷丝板喷丝微孔横截面中的扇环形部分挤出，高粘度组分经过异形喷丝板喷丝微孔横截面中的圆形或椭圆形部分挤出。

优选地，所述的两组分的特性粘度分别为0.65dl/g和1.0dl/g。此时，所得的并列复合纤维具有最佳卷曲性能。

对于两组份特性粘度之差大于0.3dl/g的并列复合纤维，由于喷丝孔的异形结构解决了两组份由于特性粘度差异过大失去可纺性的问题，通过使得低粘度组份由圆弧形缝挤出，而高粘度组份从圆孔挤出，由于喷丝孔形状不同，流动过程中两组份的流动速度和流动应力的相互影响使得两组份能够以相同的速度从喷丝孔挤出，避免了“弯角现象”的发生，实现了两组份特性粘度之差大于0.3dl/g的并列复合纤维的可纺性。

本发明还通过纺丝模拟与实验验证发现当两组份特性粘度分别为0.65dl/g和1.0dl/g时，所得的并列复合纤维具有最优的卷曲性能，这是由于此时两组份的潜在收缩应力差最大，使得纤维在热处理后两组份的收缩率差异最大，获得了最优的卷曲性能，如图5曲线所示，模拟中主要用到的公式为：

$\mathrm{\η}\frac{\mathrm{dV}}{\mathrm{dz}}=\mathrm{\σ}+\mathrm{\η}\frac{V}{G}\frac{\mathrm{d\σ}}{\mathrm{dz}};---\left(1\right)$

其中，η为拉伸粘度(g/cm/s)；σ为纤维单位面积上所受的应力(cN)；V为纤维运行速度(m/min)；G为Maxwell模型中弹簧的弹性系数，z为纺程。

$\mathrm{\η}=A{\left(\mathrm{IV}\right)}^c\exp \left[\frac{E}{T+273}\right]\exp \left[{\left(\frac{X}{X_{\∞}}\right)}^a\right]---2$

其中，IV为熔体特性粘度(dl/g)；T为纤维温度(℃)；X为结晶度；X_∞为结晶终止时的结晶度；A、c、a为待定参数，E为模量。

不同特性粘度的聚酯组份在纺程上所受的应力如图5，其中特性粘度为0.65dl/g和1.0dl/g的两组份应力差最大，在纺丝过程中使得两组份中被“冻结”的收缩应力差最大，由于并列复合纤维能够获得螺旋卷曲是在于两组份不同的收缩应力，所以以该两组份合成的并列复合纤维具有最佳的卷曲性能，通过实验验证发现与模拟情况一致。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的一种并列复合纤维不仅具有优良的卷曲性，相比于一般的并列复合纤维又具有很好的吸湿排汗功能，明显优于T400，而且制作工艺简单，在现有的并列复合纺丝工艺的基础上稍加改进即可。根据不同的产品需求，喷丝微孔形状以及联接方式可相应的改变，纤维的弹性和吸湿排汗功能也随之改变。

本发明所述的喷丝板的设计，不仅加工简单，而且解决了并列复合纺丝两组份特性粘度之差大于0.3dl/g所引起的无法顺利纺丝的一系列问题，便于推广应用和大规模生产。

本发明的一种并列复合纤维，实现了两组份特性粘度之差大于0.3dl/g的并列复合纤维的可纺性，通过实验验证，当两组份的特性粘度分别为0.65dl/g和1.0dl/g时，该种并列复合纤维具有最佳的卷曲性能和弹性，并可实现大规模生产，可广泛用于各种不同粘度的同种原料进行纺丝，降低了生产成本。

本发明采用的吹风冷却工艺，使吹风方向正对扇环开口，由于迎风侧比起背风侧冷却固化快，而且丝条固化快的一侧难以变形，因此为了保证其扇环形状的稳定性；同时由于迎风侧具有较高的取向度，晶粒尺寸小，径向取向度大，在热处理后能保证其良好的收缩性能，同时圆形部分由于冷却速度较慢，内应力要大于圆弧部分，使其在热处理后具有更佳的卷曲回复性，可根据不同的生产要求调节纺丝工艺，实现纤维的弹性可控。

附图说明

图1为第一种双组份并列复合纤维的截面示意图；

图2为第二种双组份并列复合纤维的截面示意图；

图3为第一种喷丝板喷丝微孔排列示意图；

图4为第二种喷丝板喷丝微孔排列示意图；

图5为不同特性粘度的组份在纺程上的应力变化。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

实施例1

如图2所示，为第二种双组份并列复合纤维的截面示意图，所述的双组份并列复合纤维的横截面中，并列的两组份的形状分别为扇环形和椭圆形，所述扇环形与所述的椭圆形经由连接段外接相连。扇环形与所述的椭圆形的连接位置为扇环形外圆弧的中部。扇环形的圆心角为200°。其制备方法为：

(1)原料及其具体指标：

PET切片：特性粘度0.65dl/g，熔点254℃；

PTT切片：特性粘度1.09dl/g，熔点230℃；

(2)具体步骤：

采用复合纺丝工艺，将特性粘度为1.09dl/g的高粘度PET切片及特性粘度为0.65dl/g低粘度PET切片分别在120℃流化床预结晶4min，135℃充填式干燥塔干燥4h。将两种切片分别送入双螺杆挤出机内熔融挤压，两个组份的熔体分别用两套计量泵，经熔体管道进入复合纺丝组件由异形喷丝板喷出；所述的异形喷丝板的喷丝微孔的横截面形状为扇环形和椭圆形组成的并列双联形状，所述的并列双联形状是指扇环形和椭圆形通过连接段相连。所述的扇环形的外圆弧所在圆的直径R1为1.3mm，扇环形的外圆弧所在圆的半径r1与内圆弧所在圆的半径r2之差为0.06mm，扇环形的外圆弧的圆心角α为200°，椭圆形的长轴长a为1.3mm，所述的连接段的中心高h为0.4mm，连接段的长度l为0.4mm，纺丝微孔与双组份并列复合纤维的横截面形状相同，PTT经过异形喷丝板喷丝微孔横截面中的扇环形部分挤出，PET经过异形喷丝板喷丝微孔横截面中的椭圆形部分挤出，连接段由PTT和PET构成，喷丝微孔排列方式如图3所示。PTT的纺丝箱体温度为250～265℃，PET的纺丝箱体温度为282～290℃，纺丝速度为2500～3000m/min，吹风冷却，风向正对扇环开口(风温21℃，风速＝0.40m/s)，牵伸(热盘温度70℃，热板温度为85℃，牵伸速度为245m/min，拉伸倍数为2.5)，在90℃的沸水中放置20分钟进行热处理，卷绕，最终得到具有三维立体永久卷曲效果的PET/PTT并列复合纤维。

(3)所得产品的性能指标：

断裂强度：3.09cN/dtex；

断裂伸长率：31.63％；

纤度：3.0dtex

纤维的卷曲度：43％

实施例2

如图2所示，为第二种双组份并列复合纤维的截面示意图，所述的双组份并列复合纤维的横截面中，并列的两组份的形状分别为扇环形和椭圆形，所述扇环形与所述的椭圆形经由连接段外接相连。扇环形与所述的椭圆形的连接位置为扇环形外圆弧的中部。扇环形的圆心角为200°。其制备方法为：

(1)原料及其具体指标：

ECDP切片：特性粘度0.50dl/g，熔点250℃

PET切片：特性粘度0.65dl/g，熔点254℃

(2)具体步骤：

采用复合纺丝工艺，将特性粘度为0.5dl/g的高粘度ECDP切片及特性粘度为0.65dl/g低粘度PET切片分别在130℃流化床预结晶4min，145℃充填式干燥塔干燥4h。将两种切片分别送入双螺杆挤出机内熔融挤压，两个组份的熔体分别用两套计量泵，经熔体管道进入复合纺丝组件由异形喷丝板喷出；所述的异形喷丝板的喷丝微孔的横截面形状为扇环形和椭圆形组成的并列双联形状，所述的并列双联形状是指扇环形和椭圆形通过连接段相连。所述的扇环形的外圆弧所在圆的直径R1为2.1mm，扇环形的外圆弧所在圆的半径r1与内圆弧所在圆的半径r2之差为0.15mm，扇环形的外圆弧的圆心角α为200°，椭圆形的长轴长a为2.1mm，b为1.2mm。所述的连接段的中心高h为1.4mm，连接段的长度l为0.8mm。纺丝微孔与双组份并列复合纤维的横截面形状相同，PET经过异形喷丝板喷丝微孔横截面中的扇环形部分挤出，ECDP经过异形喷丝板喷丝微孔横截面中的椭圆形部分挤出，连接段由ECDP和PET构成，喷丝微孔排列方式如图4所示。ECDP的纺丝箱体温度为283～287℃，PET的纺丝箱体温度为285～290℃，纺丝速度为2500～3000m/min，吹风冷却，风向正对扇环开口(风温26℃，风速＝0.65m/s)方式冷却，牵伸(热盘温度85℃，热板温度为140℃，牵伸速度为240m/min，拉伸倍数为3.25倍)，在90℃的沸水中放置20分钟进行热处理，最终得到具有三维立体永久卷曲效果的PET/ECDP并列复合纤维。

(3)产品性能指标：

断裂强度：3.12cN/dteX；

断裂伸长率：28.4％；

纤度：3.7dtex

纤维的卷曲度：45％

实施例3

如图1所示，为第一种双组份并列复合纤维的截面示意图，所述的双组份并列复合纤维的横截面中，并列的两组份的形状分别为扇环形和圆形，所述扇环形与所述的圆形经由连接段外接相连。扇环形与所述的圆形的连接位置为扇环形外圆弧的中部。扇环形的圆心角为200°。其制备方法为：

(1)原料及其具体指标：

低粘度PET切片：特性粘度0.65dl/g，熔点254℃

高粘度PET切片：特性粘度1.0dl/g，熔点255℃

(2)具体步骤：

采用复合纺丝工艺，将特性粘度为1.0dl/g的高粘度PET切片及特性粘度为0.65dl/g低粘度PET切片分别在150℃流化床预结晶4min，155℃充填式干燥塔干燥4h。将两种切片分别送入双螺杆挤出机内熔融挤压，两个组份的熔体分别用两套计量泵，经熔体管道进入复合纺丝组件由异形喷丝板喷出；所述的异形喷丝板的喷丝微孔的横截面形状为扇环形和圆形组成的并列双联形状，所述的并列双联形状是指扇环形和圆形通过连接段相连。所述的扇环形的外圆弧所在圆的直径R1为2.1mm，扇环形的外圆弧所在圆的半径r1与内圆弧所在圆的半径r2之差为0.15mm，扇环形的外圆弧的圆心角α为200°，圆形的直径R2为2.1mm。所述的连接段的中心高h为1.4mm，连接段的长度l为0.8mm。纺丝微孔与双组份并列复合纤维的横截面形状相同，低粘度PET经过异形喷丝板喷丝微孔横截面中的扇环形部分挤出，高粘度PET经过异形喷丝板喷丝微孔横截面中的圆形部分挤出，连接段由高粘度PET和低粘度PET构成。喷丝微孔排列方式如图3所示。低粘度PET的纺丝箱体温度为278～285℃，高粘度PET的纺丝箱体温度为295～300℃，纺丝速度为2500～3000m/min，吹风冷却，采用风向正对扇环开口(风温25℃，风速0.55m/s)方式冷却，牵伸(热盘温度75℃，热板温度为150℃，牵伸速度为245m/min，拉伸倍数为3.5倍)；在90℃的沸水中放置20分钟进行热处理，最终得到具有低粘度PET/高粘度PET并列复合纤维。

(3)产品性能指标：

断裂强度：4.1cN/dtex；

断裂伸长率：39.4％；

纤度：3.5dtex

纤维的卷曲度：55％

通过Polyflow软件模拟时，主要应用到式(1)和式(2)，通过模拟纺丝熔体在纺程上的应力变化值得到如图5所示的四条曲线，如图可看出特性粘度为0.65dl/g的切片和1.0dl/g的切片在纺程上应力差距最大，即在热处理后，两组份产生的收缩应力差最大，得到的纤维的卷曲度最高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种双组份并列复合纤维，其特征在于，在其横截面中，并列的两组份的形状分别为扇环形和圆形或椭圆形，所述扇环形与所述的圆形或椭圆形外接相连，其制备方法为：采用复合纺丝工艺，经复合纺丝组件将两组份熔体通过异形喷丝板挤出，吹风冷却后经牵伸、热处理和卷绕，最终得到双组份并列复合纤维，其特征在于，所述的吹风冷却步骤中，吹风方向正对扇环开口，风温21～25℃，风速0.4～0.55m/s；所述的牵伸步骤中，热盘温度70～85℃，热板温度为130～150℃，拉伸比为2.5～3.5，牵伸速度为230～245m/min；所述的热处理步骤为将纤维在90～100℃的热水中放置20～25min。

2.如权利要求1所述的双组份并列复合纤维，其特征在于，所述的外接相连是指相切或者由连接段连接。

3.如权利要求1所述的双组份并列复合纤维，其特征在于，所述的扇环形与所述的圆形或椭圆形的连接位置为扇环形外圆弧的中部。

4.如权利要求1所述的双组份并列复合纤维，其特征在于，所述的扇环形的圆心角为90～270°。

5.权利要求1所述的双组份并列复合纤维的制备方法，采用复合纺丝工艺，经复合纺丝组件将两组份熔体通过异形喷丝板挤出，吹风冷却后经牵伸、热处理和卷绕，最终得到双组份并列复合纤维，其特征在于，所述的吹风冷却步骤中，吹风方向正对扇环开口，风温21～25℃，风速0.4～0.55m/s；所述的牵伸步骤中，热盘温度70～85℃，热板温度为130～150℃，拉伸比为2.5～3.5，牵伸速度为230～245m/min；所述的热处理步骤为将纤维在90～100℃的热水中放置20～25min。

6.如权利要求5所述的双组份并列复合纤维的制备方法，其特征在于，所述的异形喷丝板的喷丝微孔的横截面形状为扇环形和圆形或椭圆形组成的并列双联形状，所述的并列双联形状是指扇环形和圆形或椭圆形相外切或通过连接段相连。

7.如权利要求6所述的双组份并列复合纤维的制备方法，其特征在于，所述的扇环形的外圆弧所在圆的直径R1与圆形的直径R2或椭圆形的长轴长a相差0～0.8mm；其中扇环形的外圆弧所在圆的直径R1为1.3～2.1mm，扇环形的外圆弧所在圆的半径r1与内圆弧所在圆的半径r2之差为0.06～0.15mm，扇环形的外圆弧的圆心角α为90～270°。

8.如权利要求6所述的双组份并列复合纤维的制备方法，其特征在于，所述的连接段的中心高为0.4～1.4mm。

9.如权利要求6所述的双组份并列复合纤维的制备方法，其特征在于，当两组份粘度之差大于0.3 dl/g时，低粘度组分经过异形喷丝板喷丝微孔横截面中的扇环形部分，高粘度组分经过异形喷丝板喷丝微孔横截面中的圆形或椭圆形部分。

10.如权利要求5所述的双组份并列复合纤维的制备方法，其特征在于，所述的两组份的特性粘度分别为0.65dl/g和1.0dl/g。