CN108239375B - 耐磨纤维、耐磨与耐冲击纤维及其母粒 - Google Patents

耐磨纤维、耐磨与耐冲击纤维及其母粒 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种耐磨纤维的母粒及使用其所制成的耐磨纤维。所述母粒包括约90至99.5重量份的聚酯、约0.4至9.9重量份的固态耐磨改质剂以及约0.1至1.5重量份的偶联剂。所述固态耐磨改质包括聚二甲基硅氧烷或其衍生物。本发明还提供一种耐磨与耐冲击纤维的母粒以及使用其所制成的耐磨与耐冲击纤维。本发明的耐磨纤维的母粒及使用其所制成的耐磨纤维在常温及低温下具有高耐磨特性；本发明的耐磨与耐冲击纤维的母粒及使用其所制成的耐磨与耐冲击纤维在常温及低温下具有高韧性以及高耐磨特性。

Description

耐磨纤维、耐磨与耐冲击纤维及其母粒
技术领域
本发明涉及一种纺织材料，且特别涉及一种耐磨纤维的母粒及使用其所制成的耐磨纤维，以及一种耐磨与耐冲击纤维的母粒及使用其制成的耐磨与耐冲击纤维。
背景技术
在全球化的趋势下，纺织产业正面临强大的竞争压力，纺织业者必须不断地研发新的技术与多元化的产品，才能面对全世界的竞争。现代社会越来越多人挑战登山、攀岩、滑雪等运动，为了提升于户外活动用品及袋包箱面料的耐用功能，其耐用性也越来越讲究。因此，耐磨织物或耐磨与耐冲击织物的研发已经成为业者亟待研究的课题之一。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种耐磨纤维的母粒及使用其所制成的耐磨纤维，其在常温及低温下具有高耐磨特性。
本发明还提供一种耐磨与耐冲击纤维的母粒及使用其所制成的耐磨与耐冲击纤维，其在常温及低温下具有高韧性以及高耐磨特性。
本发明提供一种耐磨纤维的母粒，其包括约90至99.5重量份的聚酯、约0.4至9.9重量份的固态耐磨改质剂以及约0.1至1.5重量份的偶联剂。所述固态耐磨改质剂包括聚二甲基硅氧烷(polydimethyl siloxane，PDMS)或其衍生物。
在本发明的一实施例中，上述偶联剂包括钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂或其组合。
在本发明的一实施例中，上述固态耐磨改质剂的重量平均分子量介于约50万至约200万的范围内。
在本发明的一实施例中，上述聚酯包括聚对苯二甲酸乙二酯(polyethyleneterephthalate，PET)、聚对苯二甲酸丁二酯(polybutylene terephthalate，PBT)、聚对苯二甲酸丙二酯(polyethylene terephthalate，PTT)、聚对苯二甲酸1,4-环己烷二甲酯(poly-cyclohexylene dimethylene terephthalate，PCT)或其组合。
本发明还提供一种耐磨纤维，其使用上述耐磨纤维的母粒所制成。
在本发明的一实施例中，上述耐磨纤维的每根纤维细度(Denier per Filament，D.P.F.)为约1.05或低于1.05。
本发明还提供一种耐磨与耐冲击纤维的母粒，其包括约78至约94.5重量份的基材、约0.4至约9.9重量份的固态耐磨改质剂、约5至约20重量份的固态耐冲击改质剂以及约0.1至约1.5重量份的偶联剂。所述固态耐磨改质剂包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)或其衍生物。所述固态耐冲击改质剂包括马来酸酐接枝聚烯烃弹性体(maleic anhydride graftedpolyolefin elastomer，MAH-POE)或其衍生物。
在本发明的一实施例中，上述偶联剂包括钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂或其组合。
在本发明的一实施例中，上述固态耐磨改质剂的重量平均分子量介于约50万至约200万的范围内。
在本发明的一实施例中，上述固态耐冲击改质剂的重量平均分子量介于约1万至约20万的范围内。
在本发明的一实施例中，上述基材包括聚酯或耐隆。
在本发明的一实施例中，上述聚酯包括聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚对苯二甲酸丙二酯(PTT)、聚对苯二甲酸1,4-环己烷二甲酯(PCT)或其组合。
在本发明的一实施例中，上述耐隆包括耐隆6、耐隆11、耐隆12、耐隆4,6、耐隆6,6、耐隆6,10、耐隆6,12、耐隆6,14、耐隆10,10或其组合。
本发明还提供一种耐磨与耐冲击纤维，其使用上述耐磨与耐冲击纤维的母粒所制成。
在本发明的一实施例中，上述耐磨与耐冲击纤维的每根纤维细度(D.P.F.)为约1.05或低于1.05。
基于上述，本发明采用高效能混炼加工以及偶联剂修饰技术，来将固态耐磨改质剂和/或固态耐冲击改质剂有效分散于基材中，并制备成纺丝级的自润型改质母粒进行应用。本发明的耐磨纤维或耐磨与耐冲击纤维可作为产业用纤维，其较已知的纤维更细更强韧、可染性更佳、防污性更好且应用层面更广。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。
附图说明
图1是依照本发明的一实施例所示出的一种耐磨纤维的母粒的立体示意图；
图2是依照本发明的一实施例所示出的一种耐磨与耐冲击纤维的母粒的立体示意图；
图3是依照本发明的一实施例所示出的一种纤维的立体示意图；
图4是依照本发明的另一实施例所示出的一种纤维的立体示意图。
符号说明：
10：耐磨纤维的母粒
20：耐磨与耐冲击纤维的母粒
100：聚酯
102：固态耐磨改质剂
104：偶联剂
200：基材
202：固态耐磨改质剂
204：固态耐冲击改质剂
208：偶联剂
300：单组份纤维
400：双组份芯鞘型复合纤维
402：芯
404：鞘
具体实施方式
本发明提出一种耐磨纤维的母粒，其利用固态耐磨改质剂来修饰聚酯主体，并配合添加适当的相容剂使其相容，以制备出改质聚酯母粒。利用此改质聚酯母粒，可制造出具有高强力耐磨特性的纤维。
图1是依照本发明的一实施例所示出的一种耐磨纤维的母粒的立体示意图。
请参照图1，本发明的耐磨纤维的母粒10包括约90至约99.5重量份的聚酯100、约0.4至约9.9重量份的固态耐磨改质剂102以及约0.1至约1.5重量份的偶联剂104。须注意的是，为求清楚说明，将上述的各成分比例夸饰后示出为图1，亦即，图1所示出的比例不适于限制本发明的范围。
上述聚酯100包括聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)、聚对苯二甲酸丁二酯(polybutylene terephthalate，PBT)、聚对苯二甲酸丙二酯(polyethylene terephthalate，PTT)、聚对苯二甲酸1,4-环己烷二甲酯(poly-cyclohexylene dimethylene terephthalate，PCT)或其组合。所述聚酯可为单一成分或多种成分的混合物。
上述固态耐磨改质剂102为聚硅氧烷(polysiloxane)型改质剂。在一实施例中，固态耐磨改质剂包括聚二甲基硅氧烷(polydimethyl siloxane，PDMS)或其衍生物。固态耐磨改质剂102的重量平均分子量大于等于约50万。在一实施例中，固态耐磨改质剂102的重量平均分子量介于约50万至200万的范围内。更具体地说，固态耐磨改质剂102的重量平均分子量可为约50万、约60万、约70万、约80万、约90万、约100万、约110万、约120万、约130万、约140万、约150万、约160万、约170万、180万、约190万或约200万，或上述任意两数值中的任意数值。
上述偶联剂104可使聚酯100与固态耐磨改质剂102彼此相容，进而使得后续制作的耐磨纤维可进一步地被细化。在一实施例中，偶联剂104与聚酯100和固态耐磨改质剂102中的每一个均产生化学键结。在一实施例中，偶联剂包括钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂或其组合，其中所述硅烷偶联剂包括环氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、丙烯酰氧基硅烷、氨基硅烷、异氰酸基硅烷或其组合。
在一实施例中，先以偶联剂对固态耐磨改质剂进行处理，以形成经处理的固态耐磨改质剂。接着，将经处理的固态耐磨改质剂以及聚酯主体加入至押出机中进行混炼制程，以形成耐磨纤维的母粒。上述押出机可为单轴押出机或双轴押出机。
在一实施例中，上述混炼温度为245℃至310℃(例如265℃至290℃)的范围内。在一实施例中，上述混炼温度由入料端至出料端的温度变化为分段升温。例如，加工温度可分为九个加热段，分别是约265℃(入料端温度)、270℃、275℃、280℃、285℃、285℃、290℃、285℃以及290℃(出料端温度)。然而，本发明并不以此为限。在另一实施例中，上述混炼温度由入料端至出料端的温度变化也可为阶段升温、连续升温或任何合适的温度控制变化。此外，上述押出机长径比(L/D)为约30～50(例如约40)，且螺杆转速为约100～400rpm(例如约250rpm)。
在此实施例中，以100重量份的母粒计，经处理的固态耐磨改质剂的含量(亦即，偶联剂与固态耐磨改质剂的总含量)在约0.5至约5重量份的范围内，因此可兼顾成本与耐磨品质。具体地说，若经处理的固态耐磨改质剂的含量太高，会使得成本增加，且可染性下降。若经处理的固态耐磨改质剂的含量太低，则制得纤维的耐磨力不足。以100重量份的母粒计，本发明的经处理的固态耐磨改质剂的含量可例如为约0.5、约1.0、约1.5、约2.0、约2.5、约3.0、约3.5、约4.0、约4.5或约5重量份，或上述任意两数值中的任意数值。
除了上述耐磨纤维的母粒外，本发明又提出一种耐磨与耐冲击纤维的母粒，其利用固态耐磨改质剂与固态耐冲击改质剂两者来修饰基材主体，并配合添加适当的相容剂使其相容，以制备出改质基材母粒。利用此改质基材母粒，可制造出具有高强力耐磨与耐冲击特性的纤维。
图2是依照本发明的一实施例所示出的一种耐磨与耐冲击纤维的母粒的立体示意图。
请参照图2，本发明的耐磨与耐冲击纤维的母粒20包括约78至约94.5重量份的基材200、约0.4至约9.9重量份的固态耐磨改质剂202、约5至约20重量份的固态耐冲击改质剂204以及约0.1至约1.5重量份的偶联剂208。须注意的是，为求清楚说明，将上述的各成分比例夸饰后示出为图2，亦即，图2所示出的比例不适于限制本发明的范围。
上述基材200包括聚酯或耐隆。在一实施例中，基材200包括聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚对苯二甲酸丙二酯(PTT)、聚对苯二甲酸1,4-环己烷二甲酯(PCT)或其组合。所述聚酯可为单一成分或多种成分的混合物。在另一实施例中，基材200包括耐隆6、耐隆11、耐隆12、耐隆4,6、耐隆6,6、耐隆6,10、耐隆6,12、耐隆6,14、耐隆10,10或其组合。所述耐隆可为单一成分或多种成分的混合物。
上述固态耐磨改质剂202为聚硅氧烷型改质剂。在一实施例中，固态耐磨改质剂202包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)或其衍生物。固态耐磨改质剂202的重量平均分子量大于等于约50万。在一实施例中，固态耐磨改质剂202的重量平均分子量介于约50万至约200万的范围内。更具体地说，固态耐磨改质剂202的重量平均分子量可为约50万、约60万、约70万、约80万、约90万、约100万、约110万、约120万、约130万、约140万、约150万、约160万、约170万、约180万、约190万或约200万，或上述任意两数值中的任意数值。
上述固态耐冲击改质剂204为聚烯烃型改质剂。在一实施例中，固态耐冲击改质剂204包括马来酸酐接枝聚烯烃弹性体(maleic anhydride grafted polyolefinelastomer，MAH-POE)或其衍生物。固态耐冲击改质剂204的重量平均分子量大于等于约1万。在一实施例中，固态耐冲击改质剂204的重量平均分子量介于约1万至约20万的范围内。更具体地说，固态耐冲击改质剂204的重量平均分子量可为约1万、约2万、约3万、约4万、约5万、约6万、约7万、约8万、约9万、约10万、约11万、约12万、约13万、约14万、约15万、约16万、约17万、约18万、约19万或约20万，或上述任意两数值中的任意数值。
偶联剂208可使基材200与固态耐磨改质剂202、固态耐冲击改质剂204之间彼此相容，进而使得后续制作的耐磨与耐冲击纤维可进一步地被细化。在一实施例中，偶联剂208与基材200、固态耐磨改质剂202和固态耐冲击改质剂204中的每一个均产生化学键结。在一实施例中，所述偶联剂208包括钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂或其组合，其中所述硅烷偶联剂包括环氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、丙烯酰氧基硅烷、氨基硅烷、异氰酸基硅烷或其组合。
在一实施例中，先以偶联剂对固态耐磨改质剂进行处理，以形成经处理的固态耐磨改质剂。接着，将经处理的固态耐磨改质剂、固态耐冲击改质剂以及基材主体加入至押出机中进行混炼制程，以形成耐磨与耐冲击纤维的母粒。上述押出机可为单轴押出机或双轴押出机。
在一实施例中，上述混炼温度为245℃至310℃(例如265℃至290℃)的范围内。在一实施例中，上述混炼温度由入料端至出料端的温度变化为分段升温。例如，加工温度可分为九个加热段，分别是约265℃(入料端温度)、270℃、275℃、280℃、285℃、285℃、290℃、285℃以及290℃(出料端温度)。然而，本发明并不以此为限。在另一实施例中，上述混炼温度由入料端至出料端的温度变化也可为阶段升温、连续升温或任何合适的温度控制变化。此外，上述押出机长径比(L/D)为约30～50(例如约40)，且螺杆转速为约100～400rpm(例如约250rpm)。
在此实施例中，以100重量份的母粒计，经处理的固态耐磨改质剂的含量(亦即，偶联剂与固态耐磨改质剂的总含量)在约1.5至约2.5重量份的范围内，且固态耐冲击改质剂的含量在约5至约20重量份的范围内，因此可兼顾成本与耐磨与耐冲击品质。具体地说，若经处理的固态耐磨改质剂、固态耐冲击改质剂的含量太高，会使得成本增加，且可染性下降。若经处理的固态耐磨改质剂、固态耐冲击改质剂的含量太低，则制得纤维的耐磨与耐冲击力不足。以100重量份的母粒计，经处理的固态耐磨改质剂的含量可例如是约1.5、约2.0或约2.5重量份，或上述任意两数值中的任意数值，且固态耐冲击改质剂的含量可例如为约5、约10、约15或约20重量份，或上述任意两数值中的任意数值。
特别要注意的是，本发明是使用固态改质剂(而非已知的液态改质剂)来改质基材主体，故可避免后续加工步骤中可染性不均匀的问题。更具体地说，已知的母粒中，低分子量的液态改质剂会移动(migration)到母粒的表面，使母粒的染色均匀度下降。然而，本发明的耐磨改质剂及耐磨与耐冲击改质剂均为高分子量的固体改质剂，其藉由偶联剂均匀分散于母粒中，故不会发生因液态改质剂的移动而导致的染色均匀度不佳的问题。
本发明又提出一种使用上述母粒所制成的纤维。在一实施例中，本发明的耐磨纤维为单组份纤维300，如图3所示。在一实施例中。单组份纤维200实质上由如图1的耐磨纤维的母粒10经纺丝制程而获得。在另一实施例中。单组份纤维200实质上由如图2的耐磨与耐冲击纤维的母粒20经纺丝制程而获得
在另一实施例中，本发明的耐磨纤维为双组份芯鞘型复合纤维400，如图4所示。双组份芯鞘型复合纤维400包括芯402以及鞘404。鞘404用以包覆芯402。芯402的材料可包括聚酯或耐隆。芯402的材料可为单一成分或多种成分的混合物。鞘404实质上是藉由如图1的耐磨纤维的母粒10或图2的耐磨与耐冲击纤维的母粒20所制成，故可使制备出的耐磨纤维具有高强力耐磨特性和/或耐冲击特性。
本发明的耐磨纤维的制备方法例如是将本发明的改质母粒进行熔融纺丝制程，而获得半延伸丝，再利用加热的热辊延伸机将此半延伸丝束进行延伸，以制备改质纤维。然而，本发明不限于此，亦可使用本发明的改质母粒直接进行具有大延伸比的熔融纺丝制程，而获得全延伸丝(FDY)的改质纤维。举例而言，在上述熔融纺丝制程中，加工温度为约260℃至300℃，且卷取机速度为大于等于约3000米/分钟。
特别要注意的是，本发明的耐磨纤维的每根纤维细度(Denier per Filament，D.P.F.)为约4.5或低于约4.5，甚至为约1.05或低于约1.05。数值越低表示所制成的纤维越细，故其应用层面越广。
以下，将列举一个比较例以及多个实例来验证本发明的功效。
依表一的不同母粒配方1～5以及表二的制造参数，于织布机中织出实例1～5的织物，而后进行耐磨耗测试及易去污测试。比较例1则是使用市售常规聚酯来进行测试。
表一
Figure BDA0001190481420000081
表二
Figure BDA0001190481420000091
注1:“耐磨耗测试次数”是指以ASTM D3884条件测试下的耐磨耗次数，且数值越大表示耐磨特性越好。
注2:“易去污测试”是指以FTTS-FA-013条件测试下的防污级数，且数值越大表示防污特性越好。
如表二所示，使用本发明的耐磨纤维制得的织物于ASTM D3884测试下的耐磨耗次数均超过约650次，显示耐磨效果佳。此外，随着固态耐磨改质剂的用量增加，耐磨耗次数也会随之增加。相反地，仅使用一般常规聚酯制得的织物于ASTM D3884测试下的耐磨耗次数仅有330次。另外，本发明的耐磨纤维的防污特性佳，而仅使用一般常规聚酯制得的织物缺乏易去污特性。
依表三的不同母粒配方6～8造粒后进行耐冲击测试及纺丝程序，以及依表四的制造参数，于织布机中织出实例6～8的织物，而后进行耐磨耗测试及易去污测试。比较例1则是使用市售常规聚酯来进行测试。
表三
Figure BDA0001190481420000101
表四
Figure BDA0001190481420000102
Figure BDA0001190481420000111
注1:“耐磨耗测试次数”是指以ASTM D3884条件测试下的耐磨耗次数，且数值越大表示耐磨特性越好。
注2:“常温耐冲击强度”是指以ASTM D256条件于测试温度23℃下的耐冲击强度，且数值越大表示常温耐冲击特性越好。
注3:“低温耐冲击强度”是指以ASTM D256条件于测试温度-20℃下的耐冲击强度，且数值越大表示常温耐冲击特性越好。
注4:“易去污测试”是指以FTTS-FA-013条件测试下的防污级数，且数值越大表示防污特性越好。
如表四所示，使用本发明的耐磨与耐冲击纤维制得的织物于ASTM D3884测试下的耐磨耗次数均超过约2000次，显示耐磨效果佳。此外，相反地，仅使用一般常规聚酯制得的织物于ASTM D3884测试下的耐磨耗次数仅有330次。此外，使用本发明的耐磨与耐冲击母粒于ASTM D256测试下，不论是常温或低温，都较一般常规聚酯粒具有更佳的耐冲击性。另外，本发明的耐磨与耐冲击纤维的防污特性佳，而仅使用一般常规聚酯制得的织物缺乏易去污特性。
综上所述，本发明采用高效能混炼加工以及偶联剂修饰技术，来将固态耐磨改质剂和/或固态耐冲击改质剂有效分散于基材中，并制备成纺丝级的自润型改质母粒进行应用。本发明的耐磨纤维或耐磨与耐冲击纤维可作为产业用纤维，其较已知的纤维更细更强韧、可染性更佳、防污性更好且应用层面更广。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。

Claims (11)

1.一种耐磨纤维的母粒，其特征在于，包括：
90至99.5重量份的聚酯；以及
0.4至9.9重量份的固态耐磨改质剂，其包括聚二甲基硅氧烷，所述固态耐磨改质剂的重量平均分子量介于50万至200万的范围内；以及
0.1至1.5重量份的偶联剂。
2.根据权利要求1所述的耐磨纤维的母粒，其特征在于，所述偶联剂包括钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂或其组合。
3.根据权利要求1所述的耐磨纤维的母粒，其特征在于，所述聚酯包括聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚对苯二甲酸丙二酯、聚对苯二甲酸1,4-环己烷二甲酯或其组合。
4.一种耐磨纤维，其特征在于，根据权利要求1至3中任一项所述的耐磨纤维的母粒所制成。
5.根据权利要求4所述的耐磨纤维，其特征在于，所述耐磨纤维的每根纤维细度为1.05丹尼尔或低于1.05丹尼尔。
6.一种耐磨与耐冲击纤维的母粒，其特征在于，包括：
78至94.5重量份的基材，所述基材包括聚酯或耐隆；以及
0.4至9.9重量份的固态耐磨改质剂，其包括聚二甲基硅氧烷，所述固态耐磨改质剂的重量平均分子量介于50万至200万的范围内；
5至20重量份的固态耐冲击改质剂，其包括马来酸酐接枝聚烯烃弹性体，所述固态耐冲击改质剂的重量平均分子量介于1万至20万的范围内；以及
0.1至1.5重量份的偶联剂。
7.根据权利要求6所述的耐磨与耐冲击纤维的母粒，其特征在于，所述偶联剂包括钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂或其组合。
8.根据权利要求6所述的耐磨与耐冲击纤维的母粒，其特征在于，所述聚酯包括聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚对苯二甲酸丙二酯、聚对苯二甲酸1,4-环己烷二甲酯或其组合。
9.根据权利要求6所述的耐磨与耐冲击纤维的母粒，其特征在于，所述耐隆包括耐隆6、耐隆11、耐隆12、耐隆4,6、耐隆6,6、耐隆6,10、耐隆6,12、耐隆6,14、耐隆10,10或其组合。
10.一种耐磨与耐冲击纤维，其特征在于，根据权利要求6至9中任一项所述的耐磨与耐冲击纤维的母粒所制成。
11.根据权利要求10所述的耐磨与耐冲击纤维，其特征在于，所述耐磨与耐冲击纤维的每根纤维细度为1.05丹尼尔或低于1.05丹尼尔。
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