CN103014911A - 皮蕊型复合纤维及其制造方法以及织物 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种皮蕊型复合纤维及其制造方法以及织物。该皮蕊型复合纤维，是由聚酰胺所构成的皮层与聚酯所构成的蕊层所复合而成，且满足下列特性：(1)0.6g/d<纤维断裂强度<2.5g/d；(2)15%<纤维断裂伸长率<50%；(3)6g/d<纤维模量0~5%(Mod0~5%)<40g/d；其中Mod0~5%=(纤维伸长5%时的强度)/(0.05)。
Description
技术领域
本发明涉及纤维，尤其涉及一种具有低强度、低模量的复合纤维。本发明也涉及该纤维的制造方法以及相关织物。
背景技术
一般聚酯纺丝工业程序，为了制造低强度纤维，一般所采用的制造方法是使用低聚合度的聚酯纺丝来得到低强度的聚酯纤维。但此种方法由于聚合物的聚合度大幅度下降，会导致纺丝及后加工效率严重下降。
另尚有其它方法是对聚酯纤维及其编织物进行加工后的表面处理，但此方法所采用的工程相当繁杂且仅能维持暂时性效果，且会损及织物触感，而仅能适用于特定用途，成为使用上的一大缺憾。
另外，在日本特许公开2009-242952号公报中揭示了一种低强度纤维的制造方法，是将极限粘度在0.6~1.5的聚酯经高速卷取得到高顺向未拉伸丝，再经拉伸定型来制得低强度纤维，但该发明由于采用2段式制造，故成本会相对提高且该聚酯的极限粘度高，要制作成低强度纤维需经复杂的程序，因此存有制作管理困难且成本高的问题。
发明内容
本发明人有鉴于上述纤维的问题，为了提高纤维的多功能性，乃积极进行研究，最后发展出具商业价值且具有良好纺丝性的低强度、低模量的皮蕊型复合纤维。且利用此复合纤维经织造所得的织物也具有良好的易撕裂性。
本发明提供一种皮蕊型复合纤维，是由聚酰胺所构成的皮层与聚酯所构成的蕊层所复合而成，且满足下列特性：
(1)0.6g/d<纤维断裂强度<2.5g/d；
(2)15%<纤维断裂伸长率<50%；
(3)6g/d<纤维模量0~5%(Mod0~5%)<40g/d；
其中Mod0~5%=(纤维伸长5%时的强度)/(0.05)。
具有上述特性的低强度、低模量纤维经织造后以100~160℃蒸气下处理30~90分钟，其织物具有容易撕裂且撕裂面整齐的特性。
经本发明的方法所制得的低强度、低模量的复合纤维，具有商业价值且具有良好纺丝性，可应用于需容易撕裂的标签布或做为容易撕裂布料的基材。
另外，本发明提供一种皮蕊型复合纤维的制造方法，该方法包括：使由相对粘度1.8~3.0的聚酰胺所构成的皮层成分与由极限粘度0.4~0.7dl/g的聚酯所构成的蕊层成分以复合比例70/30~30/70自挤出机挤出，经冷却固化后，以纺丝速度2500~6000m/min、拉伸温度70~110℃、定型温度100~200℃及拉伸倍率1.5~4.5进行纺丝。
依据本发明的皮蕊型复合纤维的制造方法，可制得具有良好纺丝性的低强度、低模量的皮蕊型复合纤维。
附图说明
图1为本发明皮蕊型复合纤维的一实施形态的概略剖面图。
图2为本发明皮蕊型复合纤维另一实施形态的概略剖面图。
图3(A)~(C)为本发明皮蕊型复合纤维的其它实施形态的概略剖面图。
A：蕊层
B：皮层
具体实施方式
以下，详述本发明的皮蕊型复合纤维。
本发明所称「皮蕊型复合纤维」，是由作为被包覆层的蕊层纤维与作为包覆层的皮层纤维经具有特定断面纺嘴的挤出机挤出所复合而成的复合纤维；此处所称的「皮蕊型」，除了有蕊层纤维以单束方式位于内层圆心，其外包覆皮层纤维的同心圆结构概念(如图1)外，尚包含蕊层纤维以复束方式分散于皮层纤维当中的复合纤维(如图2)。另外，本发明的复合纤维横断面形状除了一般的圆形外，也可选用三角形、多叶形、四角形、十字形等皮蕊型断面(参见图3所举的实施例)。
本发明的皮蕊型复合纤维，皮层由聚酰胺所构成，蕊层由聚酯所构成。
作为皮层成分的聚酰胺，具体上可举出聚酰胺6或聚酰胺66等。
作为蕊层成分的聚酯，具体上可选用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、阳离子可染聚酯(CDP)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、再生回收聚酯、生物可分解聚酯等。
本发明的皮蕊型复合纤维，可于聚酯蕊层中添加5-磺酸钠-1,3-间苯二甲酸、5-磺酸钠-1,3-间苯二甲酸二甲酯、5-磺酸钠-1,3-间苯二甲酸乙二醇酯以及间苯二甲酸等，来调整纤维强度与模量。
本发明的皮蕊型复合纤维的纤维断裂强度在0.6~2.5g/d之间，若纤维断裂强度大于2.5g/d，其织物不容易撕裂；另一方面，若纤维断裂强度小于0.6g/d，则纺丝容易产生毛丝，影响纺丝性且在整经织造过程中容易断丝。纤维断裂强度在0.7~2.3g/d之间较佳，纤维断裂强度在0.8~2.0g/d之间最佳。
本发明的皮蕊型复合纤维的纤维断裂伸长率在15~50%之间，若纤维断裂伸长率大于50%，其织物不容易撕裂；另一方面，若纤维断裂伸长率小于15%，则纺丝容易产生毛丝而影响纺丝性，且质量管理不易。纤维断裂伸长率在20~45%之间较佳，纤维断裂伸长率在25~40%之间最佳。
本发明的皮蕊型复合纤维的纤维模量0~5%(以下简称Mod0~5%)在6~40g/d之间。若Mod0~5%大于40g/d，其经编后织物不容易撕裂、韧度过高且撕裂面不整齐。若Mod0~5%小于6g/d，则纺丝拉伸容易产生毛丝而影响纺丝性，且后加工织造效率降低，管理不易。Mod0~5%控制在8~36g/d之间较佳，Mod0~5%控制在10~30g/d之间最佳。
本发明的皮蕊型复合纤维可单独于皮层或蕊层、或是于两者中皆含有不溶性微粒状颗粒，具体上可举出例如二氧化钛、氧化锌、氧化铝、氧化镁、二氧化硅、硫酸钡、滑石粉、硅藻土、高岭土等无机粒子。
再者，所得的皮蕊型复合纤维经织造后以100~160℃蒸气下处理30~90分钟，所得的织物具有容易撕裂且撕裂面整齐的特性。
以下，详述本发明之皮蕊型复合纤维的制造方法。
在制造本发明的皮蕊型复合纤维时，使作为皮层成分的聚酰胺以相对粘度1.8~3.0和作为蕊层成分的聚酯以极限粘度0.4~0.7dl/g自挤出机挤出。
当皮层成分的相对粘度大于3.0，其纤维强度会过高，而无法满足低强度需求；另一方面，若相对粘度小于1.8，则虽可达低强度，但纺丝作业性会变得不良。又，相对粘度控制在1.8~2.7为更佳。
此外，当蕊层成分的极限粘度大于0.7dl/g，其纤维强度会过高，而无法满足低强度、低模量需求；另一方面，若极限粘度小于0.4dl/g，则聚合物流动性会过高而熔融粘度会过低，而导致纺丝性变差。又极限粘度控制在0.45~0.64为更佳。
再者，皮层成分与蕊层成分进行复合时，复合比例控制在70/30~30/70。
以上述复合比例的方式进行计量所得的聚合物，将该聚合物导流而分别经具有皮蕊型断面纺嘴的挤出机以挤出温度260~295℃熔融挤出，再经冷却风速0.2~0.7m/s、冷却风温16~25℃而冷却固化、上油，再以纺丝速度2500~6000m/min、拉伸温度70~110℃、定型温度100~200℃及拉伸倍率1.5~4.5进行纺丝而得到低强度、低模量的皮蕊型复合纤维。
在制造本发明的复合纤维时，前述冷却风温设定在16~25℃。其理由在于，若冷却风温低于16℃，冷却所消耗能源过大；另一方面，若冷却风温高于25℃，容易造成丝摇，而影响物性与纺丝性。
在制造本发明的复合纤维时，前述拉伸温度控制在70~110℃。其理由在于，当温度低于70℃，拉伸过程中单丝容易断裂；另一方面，当拉伸温度高于110℃，丝条在罗拉上容易产生丝摇，影响纺丝性。又较佳的拉伸温度为75~95℃。
在制造本发明的复合纤维时，前述拉伸倍率控制在1.5~4.5倍，此主要依复合纤维所需的断裂伸长率来进行调整。
在制造本发明的复合纤维时，前述定型温度控制在100~200℃。其理由在于，当定型温度低于100℃，单丝容易断裂，且毛丝多；另一方面，当定型温度高于200℃，纤维容易在热辊上产生熔着，造成断丝。总体来说，过高或过低的定型温度均对制造管理不利，而影响纺丝性。又定型温度较佳控制在110~180℃，最佳则控制在115~160℃。
在制造本发明的复合纤维时，前述纺丝速度控制在2500~6000m/min。其理由在于，若纺丝速度小于2500m/min，制造成本会过高；另一方面，若纺丝速度大于6000m/min，则断丝率会提高，且纺丝性会变差。又纺丝速度较佳控制在2500~5000m/min，最佳则控制在2500~4700m/min。
将本发明所生产的低强度、低模量的皮蕊型复合纤维进行织造时，其织物组织可选用平纹或斜纹，要得到用手即可容易撕裂的布料则以平纹组织为首选。为了得到容易撕裂布料，经纬密度最好在40根/英寸~140根/英寸之间。若经纬密度小于40根/英寸，则容易在撕裂过程中产生滑动，而造成撕裂面不整齐；另一方面，若经纬密度超过140根/英寸，则布料(织物)会变得不容易撕裂，而无法达成本发明的易撕裂性。
所织得的布料，经过100~160℃蒸气或热水下处理30~90分钟。由于在湿热状态下，纤维内部会产生结构变化，让纤维断裂强度再降低，可得到更容易撕裂的布料。若处理温度低于100℃，则纤维断裂强度再降低的效果便不明显；另一方面，若大于160℃，则需要消耗较多能源，而不符合经济效益。较佳的处理温度在110~140℃之间。
以下详述本发明的皮蕊型复合纤维的物性的测定方式。
1.IV(极限粘度)
以0.8克聚酯溶于10ml邻-氯酚，恒温25℃，以ubbeiohde粘度计测定，单位为(dl/g)。
2.RV(相对粘度)
精秤样品0.25g±0.1mg放入50ml三角瓶内
以数字式滴定管加入25ml的96%硫酸
以磁石搅拌溶解
将溶解液倒入粘度计的刻线内，置于恒温水槽中恒温10min
测定溶解液在粘度计中由球体流下的时间秒数三次，以同一粘度计另测定对照秒数(此处所称对照秒数是指溶剂(硫酸)尚未溶解聚酰胺时的秒数)，以下式计算相对粘度：
RV＝溶解液流下秒数／对照秒数
3.纤维强伸度
以自动拉伸试验仪(STATIMAT M)测量纤维的断裂强度与断裂伸长率。
4.纤维模量0~5%--Mod0~5%
以自动拉伸试验仪(STATIMAT M)测量纤维的应力-应变图，取纤维伸度在5%左右所对应的强度除以0.05，所得数据为纤维模量0~5%。
5.纺丝性
以24小时连续进行纺丝，纺丝期间断丝次数分为下列2阶段评价：
○：0~4次
×：5次以上
6.易撕裂性
依本发明制作的纤维以经纬密度50根/英寸编织后，分下列阶段进行评价：
◎：容易撕裂，撕裂处平整
×：不容易撕裂，撕裂处不平整
实施例1
取相对粘度RV为2.8的作为皮层成分的聚酰胺6与极限粘度IV为0.5dl/g的作为蕊层成分的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，以复合比例50:50方式进行计量，将聚合物导流而分别经具有皮蕊型断面纺嘴的挤出机熔融挤出，此时纺丝温度控制在285℃，后经冷却风速0.5m/s、冷却风温18℃而冷却固化、上油，再以纺丝速度4000m/min、拉伸温度85℃、定型温度150℃及拉伸倍率2.35进行纺丝卷取而得到75d/36f纤维，经测量得知其纤维断裂强度1.8g/d、纤维断裂伸长率35%及Mod0~5%为24g/d(如表1)。
实施例2
取相对粘度RV为2.8的作为皮层成分的聚酰胺6与极限粘度IV为0.45dl/g的作为蕊层成分的阳离子可染聚酯(CDP，是聚对苯二甲酸乙二醇酯中含有1.5%的5-磺酸钠-1,3-间苯二甲酸)，以复合比例50:50方式进行计量，将聚合物导流而分别经具有皮蕊型断面纺嘴的挤出机熔融挤出，此时纺丝温度控制在275℃，后经冷却风速0.5m/s、冷却风温18℃而冷却固化、上油，再以纺丝速度4000m/min、拉伸温度85℃、定型温度150℃及拉伸倍率2.05进行纺丝卷取而得到75d/36f的纤维，经测量得知其纤维断裂强度1.6g/d、纤维断裂伸长率35%及Mod0~5%为19g/d(如表1)。
实施例3
取相对粘度RV为2.8的作为皮层成分的聚酰胺6与极限粘度IV为0.7dl/g的作为蕊层成分的聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)，以复合比例50:50方式进行计量，将聚合物导流而分别经具有皮蕊型断面纺嘴的挤出机熔融挤出，此时纺丝温度控制在270℃，后经冷却风速0.5m/s、冷却风温18℃而冷却固化、上油，再以纺丝速度4000m/min、拉伸温度80℃、定型温度140℃及拉伸倍率1.95进行纺丝卷取而得到75d/36f的纤维，经测量得知，其纤维断裂强度2.0g/d、纤维断裂伸长率35%及Mod0~5%为22.6g/d(如表1)。
比较例1~2
取相对粘度RV各为3.5、1.6的作为皮层成分的聚酰胺6分别与极限粘度IV为0.5dl/g的作为蕊层成分的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，以复合比例50:50方式进行计量，将聚合物导流而分别经具有皮蕊型断面纺嘴的挤出机熔融挤出，此时纺丝温度控制在285℃，后经冷却风速0.5m/s、冷却风温18℃而冷却固化、上油，再以纺丝速度4000m/min、拉伸温度85℃、定型温度150℃及拉伸倍率2.35，进行纺丝卷取得到纤维，其特性如表1。
比较例3~4
取相对粘度RV为2.8的作为皮层成分的聚酰胺6与极限粘度IV各为0.75、0.38dl/g的作为蕊层成分的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，以复合比例50:50方式进行计量，将聚合物导流而分别经具有皮蕊型断面纺嘴的挤出机熔融挤出，此时纺丝温度控制在285℃，后经冷却风速0.5m/s、冷却风温18℃而冷却固化、上油，再以纺丝速度4000m/min、拉伸温度85℃、定型温度150℃及拉伸倍率2.35进行纺丝卷取得到纤维，其特性如表1。
表1
注记：PET表示聚对苯二甲酸乙二醇酯；PTT表示聚对苯二甲酸丙二酯；CDP表示阳离子可染聚酯
由表1可看出，依据实施例1~3所制得的纤维，由于纤维断裂强度、纤维断裂伸长率以及Mod0~5%皆控制在本发明所希望的低数值范围内，从而纺丝性良好，且易撕裂性佳；相对于此，依据比较例1~4所制得的纤维，因纤维断裂强度以及/或是Mod0~5%均落在本发明界定的范围外，从而有纺丝性或易撕裂不佳的问题。
依据本发明，可提供一种纺丝性良好的纤维及其制造方法、以及易撕裂性良好的织物。
Claims (25)
1.一种皮蕊型复合纤维，其特征在于，其由聚酰胺所构成的皮层与聚酯所构成的蕊层所复合而成，且满足下列特性：
(1)0.6g/d<纤维断裂强度<2.5g/d；
(2)15%<纤维断裂伸长率<50%；
(3)6g/d<纤维模量0~5%(Mod0~5%)<40g/d；
其中Mod0~5%=(纤维伸长5%时的强度)/(0.05)。
2.根据权利要求1所述的皮蕊型复合纤维，其特征在于，其中该聚酰胺是聚酰胺6或聚酰胺66。
3.根据权利要求1所述的皮蕊型复合纤维，其特征在于，其中该聚酯选自聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、阳离子可染聚酯(CDP)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、再生回收聚酯、以及生物可分解聚酯中的任意之一。
4.根据权利要求2所述的皮蕊型复合纤维，其特征在于，其中该聚酯选自聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、阳离子可染聚酯(CDP)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、再生回收聚酯、以及生物可分解聚酯中的任意之一。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的皮蕊型复合纤维，其特征在于，其中该纤维断裂强度为0.7~2.3g/d。
6.根据权利要求5所述的皮蕊型复合纤维，其特征在于，其中该纤维断裂强度为0.8~2.0g/d。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的皮蕊型复合纤维，其特征在于，其中该纤维断裂伸长率为20~45%。
8.根据权利要求7所述的皮蕊型复合纤维，其特征在于，其中纤维断裂伸长率为25~40%。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的皮蕊型复合纤维，其特征在于，其中该纤维的纤维模量0~5%(Mod0~5%)为8~36g/d。
10.根据权利要求9所述的皮蕊型复合纤维，其特征在于，其中该纤维的纤维模量0~5%(Mod0~5%)为10~30g/d。
11.一种皮蕊型复合纤维的制造方法，该方法包括：使由相对粘度1.8~3.0的聚酰胺所构成的皮层成分与由极限粘度0.4~0.7dl/g的聚酯所构成的蕊层成分以复合比例70/30~30/70从挤出机挤出，经冷却固化后，以纺丝速度2500~6000m/min、拉伸温度70~110℃、定型温度100~200℃及拉伸倍率1.5~4.5进行纺丝。
12.根据权利要求11所述的皮蕊型复合纤维的制造方法，其特征在于，其中该聚酰胺是聚酰胺6或聚酰胺66。
13.根据权利要求11所述的皮蕊型复合纤维的制造方法，其特征在于，其中该聚酯选自聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、阳离子可染聚酯(CDP)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、再生回收聚酯、以及生物可分解聚酯中的任意之一。
14.根据权利要求12所述的皮蕊型复合纤维的制造方法，其特征在于，其中该聚酯选自聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、阳离子可染聚酯(CDP)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、再生回收聚酯、以及生物可分解聚酯中的任意之一。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的皮蕊型复合纤维的制造方法，其特征在于，其中该聚酰胺的相对粘度为1.8~2.7。
16.根据权利要求11至14中任一项所述的皮蕊型复合纤维的制造方法，其特征在于，其中该聚酯的极限粘度为0.45~0.64dl/g。
17.根据权利要求11至14中任一项所述的皮蕊型复合纤维的制造方法，其特征在于，其中纺丝速度为2500~5000m/min。
18.根据权利要求17所述的皮蕊型复合纤维的制造方法，其特征在于，其中纺丝速度为2500~4700m/min。
19.根据权利要求11至14中任一项所述的皮蕊型复合纤维的制造方法，其特征在于，其中拉伸温度为75~95℃。
20.根据权利要求11至14中任一项所述的皮蕊型复合纤维的制造方法，其特征在于，其中定型温度为110~180℃。
21.根据权利要求20所述的皮蕊型复合纤维的制造方法，其特征在于，其中定型温度为115~160℃。
22.一种织物，其是对权利要求1至10中任一项所述的皮蕊型复合纤维进行织造后，以100~160℃蒸气或热水处理30~90分钟所得到的织物。
23.根据权利要求22所述的织物，其特征在于，其中该蒸气或热水处理的温度为110~140℃。
24.根据权利要求22或23所述的织物，其特征在于，其中该织物为平纹组织。
25.根据权利要求22或23所述的织物，其特征在于，其中该织物的经纬密度为40根/英寸~140根/英寸。
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