CN1058537C - 生产磷光纱线的方法以及按该方法所生产的纱线 - Google Patents

Abstract

粒状或片状的热塑性聚合材料首先在混合机中涂覆上润湿剂，然后，粉状磷光颜料被加到混合机中并进行混合直到颗粒被相当均匀地涂覆上磷光粉。然后已涂覆的聚合材料被喂入一挤压机中，被加热成熔体并被混合以便在挤压前使磷光材料均匀地分布于熔体，用于形成具有非常均匀磷光性质的磷光纺织纤维、长丝、纱线。

Description

生产磷光纱线的方法以及按该方法所生产的纱线

本发明涉及改进的磷光纺织纤维和生产该磷光纤维的方法，这种纤维适用于生产纺织品。

具有磷光或发光品质的合成树脂或聚合材料一直被用来制备各种物品，如娱乐器材、标志、防护器材、服装制品等。另外，将荧光颜料用于生产商业纺织品，包括纱线等也是众所周知的。但是，应该指出，在许多情况下，生产磷光和荧光材料的现有技术是很有差异的。例如，与所要处理的合成树脂材料相比，许多荧光颜料相对来说是轻质化合物，而磷光材料如硫化锌可能是比较重的。

Warren的美国专利2,382,355公开了一种发光绳，其中，长丝是由树脂材料形成，树脂材料含有合适的模制于长丝内部的发光材料。根据该项专利，在塑料呈粉状时，或在将塑料挤压或冷卷成长丝之前的制绳过程中任意时刻，将磷光(或荧光)材料混合于塑料中，以便发光材料可以均匀地分散于塑料中，在另一实施方案中，将发光材料混合于塑料载体中，并涂覆在长丝上，然后再用透明的或半透明的塑料涂料进行包覆。单根长丝是通过模具采用拉伸方法成形的，以便使纤维内的分子定向，提供其抗拉强度。

Schmidling的美国专利2,436,182公开了一种模制磷光器具，是由含有混合均匀的磷光填料的树脂材料制出的。用相对重质的刚性模制基料制成了多种产品。

Wadely的美国专利2,898,762公开了一种带图案的地面覆盖物或地毯，由浸泡过磷光材料的纱线制成。磷光纱线用粘合剂涂覆，这种粘合剂允许光在纱线内部透射。

Goguen的美国专利4,640,797公开了一种制备用于模压运动员、赛车队员等用鞋的磷光聚合材料的方法，其中，将弹性体材料和20～50％(wt)的加工油加热，并在挤压设备内混合，在将产品制成用于后续模压鞋底的粒料或类似物之前，再将3～30％(wt)磷光材料(含有其它成份)与熔化了的材料尽可能充分混合。所用的油作为聚合材料的增塑剂。

Doane的美国专利4,781,647公开了一种挤压含有磷光颗粒混合物的热塑性聚合物的生产方法。挤出物的尺寸适于制作可在黑暗中发光的娃娃头发。该项专利文献指出，磷光材料的最大颗粒小于纱线直径的一半。而这种纱线的直径小于0.015英寸，最好为0.002～0.004英寸，最好是聚合材料由聚酰胺、聚酯、聚烯烃、聚丙烯腈和聚氯乙烯组成。磷光材料可以是硫化锌、硫化镉或硫化钙。用偶联剂涂覆磷光颗粒，以增强混合效果。

Vockel等的美国专利5,135,591公开了一种制备磷光纤维增强塑料产品的方法，其中，磷光材料包覆在模制成品的表面。

从上述及其它一些现有专利技术中可以明显地看出，已作出了很大努力来利用类似硫化锌材料的磷光特性，但在制备理想的产品过程中碰到了很大难题。例如，至今为止，一直不能认为有实用的工艺可以形成适用于纱线的磷光纤维，象热塑性聚合物的膨化变形长丝(BCF)纱线，所述聚合物如在纺织品工业中具有实用特性的聚丙烯、尼龙和聚酯。作为这类应用，很显然，纱线在磷光特性和颜色等方面必须具有且保持高度的均匀性，还有，所用的磷光材料不能对加工特性包括形成纱线或长丝的染色或物理特性产生副作用。

现在，还不能确切地肯定，但相信在生产具有磷光颗粒的合成纱线中的主要问题一直是无法使磷光材料与合成树脂材料进行充分混合。与所使用的聚合材料的重量相比，大量使用的工业磷光材料具有相对较重的特性，容易引起磷光材料沉淀。另外，过去通常将干燥磷光材料加入熔融挤压机内，靠螺杆作用进行物理搅拌及混合物料。然而，很明显，为成形非常细的纤维或长丝，只有固体颗粒浓度有微小改变就会导致产生劣质产品，甚至中断加工过程。

采用工业熔融仿丝生产线生产热塑性聚合物的BCF纱线时，对于纺液着色纱，颜料或其它杂质含量超过约1％，通常被认为是不正常的，对于这种工业加工过程，颜料或其它杂质含量为2～3％时则被认为是上限。

本发明的目的是提供一种生产适用于纺织工业的连续磷光长丝或纤维的改进方法。

本发明的另一个目的是提供用热塑性聚合材料熔融纺丝磷光纱线或长丝的改进方法。

本发明的又一个目的是提供一种方法，即用相对高百分含量的微细磷光颜料装填聚合物材料，以生产高磷光性。

本发明的另一个目的是提供具有相当均匀磷光特性的单丝、短纤维纱(spun)、连续长丝和/或BCF磷光纱线。

本发明的又一个目的是提供按本发明方法生产的改进纺织纤维或长丝。

为达到上述及其它一些目的和优点，本发明的重要特征在于将微细状磷光材料与热塑性聚合材料混合，这种混合使得纺丝前磷光粉颗粒在聚合材料内得到很均匀的分散。该效果是通过以下过程获得的，利用合适的润滑剂涂覆所用聚合材料的每一颗粒，接着加入微细磷光粉，搅拌或混合，从而使粉状颜料完全均匀地附和在所有粒料的外表面。然后，将涂覆有润湿剂和磷光粉颜料的粒料送入工业用挤压机，在将其挤压成长丝之前，在那儿对粒料进行加热和混合。由于粉状磷光颜料均匀地粘结在每一粒料的表面，从而使磷光材料在熔融物料中得到很均匀的分散，使得工业用熔融纺丝设备能够负载高载量的磷光材料，以生产出具有适用于纺织工业制备高级工业用磷光纺织品的特性的高均匀性产品。

根据本发明，由热塑性聚合材料制成磷光纤维、长丝、纱线。将微细磷光颜料非常均匀地分散在熔融的聚合材料中，在熔融纺丝机中通过挤压，生产出纤维、长丝纱线等产品，具有所需的磷光和适用于纺织品工业的物理特性。磷光材料可以是市售的活性硫化锌，呈微细或粉状，最好是平均颗粒大小不大于约30微米。所用的聚合物可以是能用工业挤压法生产的任何适用的热塑性聚合物，如尼龙、聚丙烯或聚酯，这些都被广泛应用于纺织工业所需的BCF纱线的生产。

虽然该方法可用于生产不同类型的纤维，包括单丝、复合丝、短纤维纱线、带或裂膜，但特别适用于生产BCF纱线，以下按这种纱线的生产来描述本发明，应当理解，本发明并不限于此。

在混合器或搅拌器内制备切片的或造粒的聚合材料，辅之以任意必要或所需的稳定剂等，将润湿剂，如与聚合物相容的合适油类，喷涂到粒料上，接着将物料搅拌或混合，直到每粒粒料的整个外表面都被润湿，再加入所需量粉状磷光材料，并继续搅拌，直到混合器中粉状颜料均匀地粘附到每一粒料为止。随后将物料送入挤出机，按常规方法进行加工，使聚合物熔融，并使磷光材料在熔融物料中充分混合。

根据以上所述，用润湿剂涂覆粒料，致使粉状磷光材料基本上均匀地粘附到每一粒料上，而不受所加粉状料量的影响。磷光粉在挤出机中的这种均匀分布有效地避免了固体颗粒的聚积，该聚积对每一根长丝的物理特性产生不良影响，或者使最终纱线产品的磷光特性产生不均匀性。

微细颗粒的均匀分布对于染色不会产生副作用。因此，由该工艺生产的纱线可具有通过纺前染色工艺或二次染色工艺如缸染、筒子纱染、匹染、连续染、间隔染或印花赋予的颜色，从而得到与标准染色程序一致的单色或多色纱线。每根纤维或长丝既可以是实心的也可以是空心的，可以具有任意常规形状，如圆形、三角形、矩形、三叶片形、方形、六角形、五角形等。由该产品纺成的复合长丝纱线可以是喷气交缠、加捻及热定型或编织，或按任意用于复合长丝或短纤维聚合物纱线的方法进行处理。该纱线可以用于生产织物，其中纱线可进行栽绒、上面栽绒、机织、针织、编织、熔融粘结、植绒、缩绒、熔结、缝纫，或按任意常规方法进行处理。这种织物可以印有图案，以选择性地覆盖或暴露磷光纤维。

本发明产品的应用实例包括地毯、旅行毯、席垫、家具装饰织物、壁布、服装、重工业用布、绳索及其制品、安全制品、绳网等。

以下实施例用以说明本发明的优选方案，而不是对本发明进行限定。

实施例1

在地毯厂用工业生产线，具体讲用能够同时挤出聚丙烯和尼龙BCF纱线的短程熔融纺丝生产线，生产具有磷光特性的聚丙烯膨胀变形长丝。将所用的粒化的聚丙烯材料加入搅拌混合器内，用约0.1％(wt)矿物油润湿剂进行涂覆，继续搅拌直到每一粒料被涂覆为止。向搅拌器里加入平均大小为约30微米的微细或粉状工业活化硫化锌磷光颜料，继续搅拌，直到所有粉状颜料粘附到粒料的表面为止，且目测表明，每一粒料被基本上均匀地涂覆。

用未处理的或天然的聚丙烯粒料使熔融纺丝生产线开始运行，直到纺丝过程稳定为止，此时，将挤出机供料转化成涂覆粒料。对生产线稍加调整，生产过程很快稳定，用78孔和120孔喷丝头进行操作。

由1％(wt)磷光材料开始，生产和检验纱线。加入1％的量时，纱线具有良好的物理特性，但不具有所需的磷光度，将磷光颜料浓度增加到2％、2.5％和3.0％，加入2％的产品的磷光性是临界值，而加入2.5％和3.0％的产品具有非常好的磷光性。随着磷光材料用量的增加，加工问题开始出现，但是，根据生产线实际情况调整设备，从加工和产品的角度看，进一步的操作很成功。

用2.5％和3％磷光颜料生产的纱线具有以下物理特性：

旦尼尔：                         2233

断裂强度：                       3500～3700克

强度：                           1.59克/旦

伸长：                           36.7％

自然卷曲：                       2.83％

热处理卷曲：                     8.74％

收缩：                           2.03％

纱线的物理特性与大部分聚丙烯BCF纱线相一致。磷光颜料能承受熔纺温度490°F，而没有破损现象，全部加工过程很好。

实施例2

采用上述同类设备，进行操作，以证明挤压具有磷光特性的尼龙BCF纱线的能力。用78和120孔喷丝头。由于尼龙一般被认为比聚丙烯具有更强的的反应活性，所以，也可以向聚合物里加入已知的稳定剂。将尼龙切片和粒状稳定添加剂进行混合，在搅拌混合操作期间，加入矿物油作为润湿剂，以便充分润湿聚合物和稳定剂粒料的表面。接着，按上述方法加入磷光颜料。

由于尼龙粒料的已知吸湿特性，在第一轮操作时，润湿剂的用量增加到0.63％(wt)。用增加量的润湿剂，看来能延缓尼龙切片的吸湿量，致使大量装载的化合物产生很好的粘度和加工特性。

在试验开始时，只用尼龙粒料使设备运行。当设备运行稳定时，向系统加入润湿粒料和稳定剂，当再次稳定后，采用含3％(wt)磷光颜料的混合物。将这种颜料添加量按序增加到4％、5％、7％和10％。当添加到10％时，需对加工过程稍加调整，但全部工艺特性都对所有比例的添加量很好。接着，试验添加15％(wt)磷光颜料，此时，长丝断裂，在获得加入15％磷光材料的产品样品后，结束试验。相信，进一步对加工过程进行调整，可以取得成功操作含有15％(wt)磷光材料的尼龙的结果，这种添加量已经达到高速二业化生产的上限。在这一操作过程得到的尼龙样品具有下表所列的特性，全部数据表示的是三种样品的平均值，这三种样品的结果具有惊人的一致性。

                  尼龙BCF纱线物理特性

                                 磷光颜料的百分含量

                  3.0％   4.0％   5.0％   7.0％  10.0％  15.0％旦尼尔                2790    2747    2806    2763   2851    2775断裂强度(克)          4867    5000    4450    4283   3733    3617强度                  1.74    1.82    1.58    1.55   1.31    1.30伸长                  26.4    28.8    25.0    23.9   23.9    24.3自然卷曲              4.04    4.68    4.45    3.57   3.01    2.64热处理卷曲            3.80    4.69    4.48    3.73   3.23    3.23收缩                  6.93    6.33    5.59    6.47   6.60    6.55

实施例3

用上述二实施例相同的设备进行试验，目的是增加聚丙烯中磷光颜料的添加量，减少纤维旦数至适合于用常规短纤维熔纺机进一步加工。通常，挤压短纤维的纤维旦数必须小于25，以便可以用这种机器进行纺纱。用78和120孔喷丝头生产三叶形和三角形纤维截面。

除了润湿剂的用量增加至大约0.2％(wt)以外，制备聚丙烯粒料的操作同前。首先用天然树脂稳定生产线，然后再调整到使涂覆了润湿剂的树脂粒料生产稳定。在试验前期，将磷光颜料加到润湿的粒料上，用量为3.0％。然后，用量增加到4.0％、5.0％，最终增加到7.0％。当颜料的浓度增加到5.0％时，进行加工调整。在5.0％浓度时，得到极好的结果。

当添加7.0％时，化合物的加工性能变差，得到样品后结束试验。看来，对聚丙烯纤维，浓度高到5.0％以上时，需有分散助剂，以改善加工性能。

由该试验代表性取样获得的纱线的物理特性是非常好的。虽然降低了纤维旦数，增加了磷光颜料添加量，使其超过上述试验(实施例1)的用量，但其物理特性与前述的3.0％浓度时的特性不相上下。

                  5.0％添加量            7.0％添加量旦尼尔                   2022                   2042断裂强度                 3162克                 2987克强度                     1.56克/旦              1.46克/旦伸长                     25.5％                 25.2％自然卷曲                 3.71％                 3.81％热处理卷曲               8.93％                 8.27％收缩                     1.53％                 1.80％

获得的值与变化的量相一致，四种测试试样当中，测定的每种试样都在正常操作规定范围内。这次试验获得的加工结果和物理特性与前述试验(实施例1)相比，被认为是有重大改进。

这次试验，获得了17的纤维旦数，证明本发明的磷光纤维可挤压成适于在常规短纤维纺丝机上进一步加工成短纤维纱线的纤维旦数。同时也说明，本发明也适用于加工连续熔融成形的无纺织物。

将实施例3生产的尼龙和聚丙烯磷光纱线试样进行评估，测定其生产加捻和热定型纱线和织物成品的二次机械加工特性。经鉴定，有关加捻、热定型、栽绒和整理机的加工特性，具有可比非磷光纺液着色纱线的加工特点。没有发现明显的不良特性。

经认可的独立测试试验室对纱线和用本发明的纱线生产的织物进行性能试验，以测定耐光度、加速老化、可燃性、抗磨性、模拟试穿、静电特性、耐化学性和磷光特性的保持能力。至此，所有试验结果一直很好。根据上述实施例生产的尼龙和聚丙烯BCF纱线的特性说明：其特性与含有很少量非磷光颜料的可比纺液着色纱一致。没有发现因本发明纱线中含有很高浓度的磷光颜料而导致纺织纤维或织物性能的明显降低。

上述实施例说明了本发明的优选实施例，但应该清楚地理解本明不限于此，并且不限于实例中引证的特殊材料。例如，通常用于生产纺织工业中所使用的长丝纱线和短纤维纱线的其它热塑性材料例如聚酯(PET和PBT)可以被采用。也可以采用各种润湿剂，只要它们能与所使用的聚合物相容。此外，如工业界已知的，可以采用已知的稳定剂以减少如氧化和热的、化学的和紫外的降解等。

应当指出的是上述实施例1、2和3所示的纱线重量用完全纱线的旦尼尔表示，而操作是由具有78和120孔的挤压头进行。挤出长丝尺寸可用更有意义的术语每长丝的旦数表示，关于这一点，从到现在所获得的经验表明尼龙和聚丙烯所达到的单丝旦数应当在约5～100的范围内，而优选的单丝旦数应该是约10～60的范围内。

已经公开和描述了本发明的优选实施例，很明显，本发明并不仅限于此，它包括对熟知本领域的人应当是显而易见的并落入本发明的精神和范围内的所有实施例。

Claims (19)

1、由热塑性聚合物成形合成纺织纤维长丝的熔融纺丝方法，其中，粒状聚合物被送入挤压机中，在该挤压机中被加热和混合以形成熔体，该熔体被挤压成长丝或纤维，其改进包括：

首先将聚合物颗粒与0.1-5％(wt)的润湿剂在混合机中混合，使得基本上均匀地润湿该固体颗粒的表面，

在混合机中加入约2％～15％(wt)的粉状固体磷光颜料，并继续混合直到颜料基本上均匀地覆盖聚合物颗粒，

在挤压机中混合和加热颜料涂覆的聚合物以形成和挤压熔体，由此磷光颜料非常均匀地分布在长丝上。

2、根据权利要求1所述的方法，其中，所述的磷光颜料包括硫化锌。

3、根据权利要求2所述的方法，其中，所述聚合物选自聚丙烯、尼龙或聚酯。

4、根据权利要求1所述的方法，其中，所述聚合物是尼龙，并且添加固体磷光颜料的步骤包括把约3％～12％(wt)的硫化锌加到聚合物中。

5、根据权利要求4所述的方法，其中，添加所述润湿剂的步骤包括添加与尼龙相容的0.3％～5％的油，该油作为润湿剂。

6、根据权利要求5所述的方法，其中，所述的润湿剂为矿物油。

7、根据权利要求6所述的方法，其中，所述的硫化锌的平均颗粒尺寸不大于约30微米。

8、根据权利要求1所述的方法，其中，所述的聚合物是聚丙烯，并且添加磷光颜料的步骤包括把约2％～5％(wt)的硫化锌加到聚合物中。

9、根据权利要求8所述的方法，其中，添加所述润湿剂的步骤包括添加与聚丙烯相容的约0.1％～3％(wt)的油。

10、根据权利要求9所述的方法，其中，所述润湿剂是矿物油。

11、根据权利要求10所述的方法，其中，所述硫化锌的平均颗粒尺寸不大于约30微米。

12、根据权利要求1所述的方法，其中，挤压熔体的步骤包括同时将众多长丝熔融纺丝成长丝纱。

13、根据权利要求12所述的方法，其中，所述长丝纱是膨胀变形长丝纱。

14、一种磷光聚合膨胀变形长丝纱线，其中含有可均匀分散2％-15％(wt)的磷光颜料的润湿剂，所述长丝具有约5～100范围内的旦尼尔，所述分散均匀的磷光颜料颗粒大小不超过30μm。

15、根据权利要求14所述的膨胀变形长丝纱线，其中，热塑性聚合物是聚丙烯，所述的纱线包含约2％～7％(wt)的磷光颜料，并且所述长丝具有约10～60范围内的旦尼尔。

16、根据权利要求15所述的膨胀变形长丝纱线，其中，所述的磷光颜料含量为约3％～5％(wt)，所述磷光颜料平均颗粒大小不超过30μm。

17、根据权利要求14所述的膨胀变形长丝纱线，其中，所述的热塑性聚合物为尼龙，所述磷光颜料平均颗粒大小不超过30μm。

18、根据权利要求17所述的膨胀变形长丝纱线，其中，所述磷光颜料的含量为约3％～10％。

19、根据权利要求18所述的膨胀变形长丝纱线，其中，所述长丝具有约10～60范围内的旦尼尔。